Xây dựng hệ thống điều khiển từ xa trên Android: Đồ án Tốt Nghiệp

Hướng dẫn xây dựng hệ thống điều khiển từ xa qua Android. Tìm hiểu cách kết nối thiết bị, lập trình ứng dụng và điều khiển mọi thứ từ xa dễ dàng.

• Tác giả: Nguyễn Hữu Tính
• Người hướng dẫn: ThS. Phạm Minh Thủy
• Trường học: Trường đại học Tôn Đức Thắng
• Chuyên ngành: Điện – Điện tử
• Đề tài: Xây Dựng Hệ Thống Điều Khiển Từ Xa Trên Nền Android
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
• 1.1. HƯỚNG THỰC HIỆN
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ GSM VÀ MODULE SIM900A
• 2.1. TỔNG QUAN VỀ GSM
• 2.2. Hệ thống GSM
• 2.3. Giới thiệu Module SIM900A. Thông số kỹ thuật SIM900A
• 2.4. Tập lệnh AT
• 2.5. KẾT NỐI MODULE SIM900A VÀ BOARD ARDUINO
• 2.6. Giao tiếp với Module SIM900A
• 3. CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU VỀ BLUETOOTH VÀ MODULE HC-05
• 3.1. TÌM HIỂU VỀ BLUETOOTH
• 3.2. CÁCH THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA BLUETOOTH
• 3.3. Trạng thái của thiết bị Bluetooth:
• 3.4. Các chế độ kết nối
• 3.5. Cơ chế truyền và sửa lỗi
• 3.6. KẾT NỐI MODULE HC-05 VÀ ARDUINO
• 4. CHƯƠNG 4: SƠ LƯỢC VỀ ETHERNET VÀ MODULE ETHERNET SHIELD
• 4.1. SƠ LƯỢC VỀ ETHERNET
• 4.2. Các thành phần cấu hình hệ thống mạng. Kiến trúc và cấu trúc mạng
• 4.3. Phương thức CSMA/CD
• 4.4. Mạng Ethernet không dây:
• 4.5. Giao thức TCP/IP
• 4.6. MODULE ETHERNET SHIELD
• 4.7. KẾT NỐI MODULE ETHERNET SHIELD VÀ BOARD ARDUINO
• 5. CHƯƠNG 5: HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID
• 5.1. KIẾN TRÚC NỀN TẢNG CỦA ANDROID
• 5.2. Hệ điều hành
• 5.3. Khung ứng dụng
• 5.4. THÀNH PHẦN CỦA ỨNG ANDROID
• 5.5. Bộ nhận quảng bá (Broadcast receivers). Các thành phần kích hoạt (các Intent)
• 5.6. CÔNG CỤ ANDROID SDK
• 5.7. CÔNG CỤ HỖ TRỢ LẬP TRÌNH: APP INVENTOR
• 6. CHƯƠNG 6: GIẢI THUẬT VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 6.1. ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN ANDROID
• 6.2. ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ ỨNG DỤNG
• 6.3. Điều khiển qua SMS
• 6.4. Điều khiển qua Bluetooth
• 6.5. Điều khiển qua Ethernet
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 7.1. HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Điều khiển từ xa trên Android Giới thiệu chung

Đề tài "Xây dựng hệ thống điều khiển từ xa trên nền Android" tập trung vào việc phát triển ứng dụng điều khiển thiết bị từ xa Android thông qua các phương thức giao tiếp khác nhau. Ứng dụng này chạy trên thiết bị Android và có khả năng điều khiển thiết bị từ xa Android qua tin nhắn SMS, Bluetooth hoặc Ethernet. Dự án sử dụng board mạch Arduino kết hợp với các module như SIM900A, HC-05 (Bluetooth) và Ethernet Shield để điều khiển thiết bị bằng module Relay. Sơ đồ khối thể hiện rõ cấu trúc của hệ thống: điều khiển qua SMS, Bluetooth và Ethernet. Mục đích chính của dự án là thực hiện việc điều khiển thiết bị một cách đơn giản và dễ dàng nhất thông qua ứng dụng chạy trên thiết bị Android.

1.1. Mục tiêu và phạm vi của hệ thống điều khiển qua internet Android

Mục tiêu chính là phát triển một hệ thống điều khiển từ xa Android thân thiện với người dùng, dễ dàng điều khiển thiết bị thông qua smartphone hoặc tablet. Phạm vi của dự án bao gồm thiết kế ứng dụng Android, lựa chọn và tích hợp các module phần cứng (SIM900A, HC-05, Ethernet Shield) và lập trình firmware cho Arduino. Hệ thống được thiết kế để có thể điều khiển nhà thông minh android hoặc các thiết bị công nghiệp đơn giản. "Tìm hiểu Android và viết ứng dụng Android... Thực hiện phần cứng điều khiển thiết bị và kết nối các module" - trích dẫn từ tài liệu gốc cho thấy sự tích hợp giữa phần mềm và phần cứng là trọng tâm của dự án.

1.2. Hướng tiếp cận và các module sử dụng trong iot android

Hướng tiếp cận của dự án là kết hợp giữa kiến thức về lập trình Android và phần cứng điện tử. Các module được sử dụng (SIM900A, HC-05, Ethernet Shield) được lựa chọn dựa trên tính phổ biến, dễ sử dụng và khả năng tích hợp với Arduino. Việc tìm hiểu và làm chủ các module này là yếu tố then chốt để xây dựng hệ thống điều khiển từ xa hoạt động ổn định. Board Arduino đóng vai trò trung tâm, nhận lệnh từ ứng dụng Android và điều khiển các thiết bị thông qua relay. Các chuẩn giao thức truyền thông android được sử dụng như SMS, Bluetooth, Ethernet TCP/IP.

II. Vấn đề và Thách thức khi xây dựng App điều khiển từ xa

Việc xây dựng một hệ thống điều khiển từ xa trên Android không phải là một nhiệm vụ dễ dàng. Nó đặt ra nhiều vấn đề và thách thức cần phải vượt qua. Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo tính bảo mật của hệ thống. Do hệ thống kết nối với internet, nó có thể trở thành mục tiêu của các cuộc tấn công mạng. Việc bảo vệ hệ thống khỏi các cuộc tấn công này là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho người dùng và thiết bị. Ngoài ra, việc đảm bảo tính ổn định và tin cậy của hệ thống cũng là một thách thức lớn. Hệ thống cần phải hoạt động một cách ổn định và tin cậy trong mọi điều kiện, kể cả khi có sự cố xảy ra. Thêm vào đó, việc tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống cũng là một vấn đề quan trọng. Hệ thống cần phải hoạt động một cách nhanh chóng và hiệu quả để đáp ứng nhu cầu của người dùng.

2.1. Đảm bảo bảo mật cho hệ thống Android remote control system

Bảo mật là một trong những thách thức lớn nhất khi xây dựng hệ thống điều khiển từ xa trên Android. Cần có các biện pháp bảo mật mạnh mẽ để ngăn chặn các cuộc tấn công mạng và bảo vệ dữ liệu người dùng. Điều này bao gồm việc sử dụng các giao thức bảo mật mạnh mẽ, mã hóa dữ liệu và xác thực người dùng. Thiết kế hệ thống cần tuân thủ các nguyên tắc bảo mật cơ bản để giảm thiểu rủi ro. Ví dụ, việc thay đổi mật khẩu mặc định của thiết bị và thường xuyên cập nhật phần mềm có thể giúp bảo vệ hệ thống khỏi các cuộc tấn công. Việc sử dụng VPN (Virtual Private Network) cũng là một giải pháp hữu ích để tăng cường tính bảo mật của hệ thống.

2.2. Tính ổn định và tin cậy của hệ thống điều khiển qua internet android

Tính ổn định và tin cậy là rất quan trọng đối với bất kỳ hệ thống điều khiển từ xa nào. Hệ thống cần phải hoạt động một cách ổn định và tin cậy trong mọi điều kiện, kể cả khi có sự cố xảy ra. Điều này đòi hỏi việc thiết kế hệ thống một cách cẩn thận và sử dụng các thành phần chất lượng cao. Việc kiểm tra và thử nghiệm hệ thống một cách kỹ lưỡng trước khi triển khai cũng rất quan trọng để đảm bảo tính ổn định và tin cậy của hệ thống. Việc sử dụng các kỹ thuật phục hồi lỗi và dự phòng cũng có thể giúp tăng cường tính ổn định của hệ thống. Việc đảm bảo rằng các thiết bị phần cứng (Arduino, module SIM900A, HC-05, Ethernet Shield) hoạt động trong phạm vi nhiệt độ và điện áp cho phép là rất quan trọng để tránh các sự cố không mong muốn.

2.3. Tối ưu hiệu suất và tiêu thụ năng lượng của Ứng dụng điều khiển từ xa Android

Hiệu suất và tiêu thụ năng lượng là các yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi xây dựng hệ thống điều khiển từ xa trên Android. Ứng dụng cần phải hoạt động một cách nhanh chóng và hiệu quả để đáp ứng nhu cầu của người dùng. Đồng thời, ứng dụng cần phải tiêu thụ ít năng lượng để kéo dài thời lượng pin của thiết bị. Điều này đòi hỏi việc tối ưu hóa mã nguồn và sử dụng các kỹ thuật tiết kiệm năng lượng. Việc giảm thiểu số lượng yêu cầu mạng và sử dụng các thuật toán hiệu quả có thể giúp cải thiện hiệu suất và giảm tiêu thụ năng lượng.

III. Giải pháp Lập trình Android điều khiển phần cứng hiệu quả

Để giải quyết những thách thức trên, việc lập trình Android điều khiển phần cứng cần tiếp cận một cách có hệ thống. Đầu tiên, cần lựa chọn ngôn ngữ lập trình và công cụ phát triển phù hợp. Android Studio là một lựa chọn phổ biến và mạnh mẽ. Tiếp theo, cần thiết kế giao diện người dùng (UI) thân thiện và dễ sử dụng. UI cần cung cấp các chức năng điều khiển thiết bị một cách trực quan. Cuối cùng, cần viết mã nguồn hiệu quả và tối ưu để đảm bảo hiệu suất và tính ổn định của ứng dụng. Đặc biệt, cần chú trọng đến việc xử lý các sự kiện bất đồng bộ và quản lý kết nối mạng.

3.1. Sử dụng Android Studio và các thư viện hỗ trợ giao tiếp Android với phần cứng

Android Studio là một IDE (Integrated Development Environment) mạnh mẽ được Google phát triển dành riêng cho việc phát triển ứng dụng Android. Android Studio cung cấp nhiều công cụ hỗ trợ, chẳng hạn như trình soạn thảo mã, trình gỡ lỗi và trình mô phỏng thiết bị Android. Ngoài ra, có nhiều thư viện hỗ trợ giao tiếp Android với phần cứng, chẳng hạn như thư viện USB Host và thư viện Bluetooth API. Việc sử dụng các thư viện này có thể giúp đơn giản hóa quá trình phát triển và giảm thiểu lỗi. Cần tìm hiểu kỹ các API và cách sử dụng chúng để tận dụng tối đa các tính năng của phần cứng.

3.2. Thiết kế UI UX thân thiện cho ứng dụng điều khiển thiết bị từ xa Android

UI/UX (User Interface/User Experience) đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra một ứng dụng điều khiển thiết bị từ xa Android thành công. UI cần được thiết kế một cách trực quan và dễ sử dụng, cho phép người dùng dễ dàng điều khiển thiết bị một cách nhanh chóng và hiệu quả. UX cần được thiết kế để mang lại trải nghiệm người dùng tốt nhất, chẳng hạn như giảm thiểu số lượng thao tác cần thiết để thực hiện một tác vụ. Việc sử dụng các biểu tượng và hình ảnh rõ ràng cũng có thể giúp cải thiện UI/UX.

3.3. Tối ưu mã nguồn và quản lý kết nối mạng Bluetooth WiFi GSM

Việc tối ưu mã nguồn là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và tính ổn định của ứng dụng. Mã nguồn cần được viết một cách hiệu quả và tránh các lỗi tiềm ẩn. Quản lý kết nối mạng (Bluetooth, WiFi, GSM) cũng là một khía cạnh quan trọng của việc lập trình Android điều khiển phần cứng. Ứng dụng cần có khả năng tự động kết nối với mạng và xử lý các sự kiện kết nối một cách linh hoạt. Việc sử dụng các thread và AsyncTask có thể giúp tránh làm chậm UI khi thực hiện các tác vụ tốn thời gian.

IV. Phương pháp Kết nối Android với Arduino hiệu quả nhất

Kết nối Android với Arduino là một bước quan trọng trong việc xây dựng hệ thống điều khiển từ xa. Có nhiều phương pháp để thực hiện kết nối này, bao gồm sử dụng Bluetooth, WiFi, hoặc cổng USB. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng, vì vậy cần lựa chọn phương pháp phù hợp với yêu cầu cụ thể của dự án. Việc sử dụng Bluetooth là một lựa chọn phổ biến do tính tiện lợi và dễ sử dụng. Tuy nhiên, Bluetooth có phạm vi hoạt động hạn chế. WiFi cung cấp phạm vi hoạt động rộng hơn, nhưng yêu cầu cấu hình phức tạp hơn. Kết nối USB cung cấp tốc độ truyền dữ liệu nhanh nhất, nhưng yêu cầu thiết bị Android hỗ trợ USB Host.

4.1. Kết nối Android với Arduino qua Bluetooth Hướng dẫn chi tiết

Để kết nối Android với Arduino qua Bluetooth, cần sử dụng module Bluetooth HC-05 trên Arduino và thư viện Bluetooth API trên Android. Đầu tiên, cần ghép nối (pair) thiết bị Android với module HC-05. Sau đó, cần viết mã nguồn trên Arduino để nhận dữ liệu từ Bluetooth và điều khiển các thiết bị phần cứng. Trên Android, cần viết mã nguồn để gửi dữ liệu qua Bluetooth. Cần đảm bảo rằng tốc độ baud (baud rate) trên Arduino và Android được cấu hình giống nhau. "Biết cách giao tiếp với Module SIM900A bằng tập lệnh AT... Biết cách giao tiếp với module bluetooh HC-05" - trích dẫn từ tài liệu gốc nhấn mạnh tầm quan trọng của việc làm chủ các module giao tiếp.

4.2. Kết nối Android với Arduino qua WiFi Giải pháp tối ưu

Để kết nối Android với Arduino qua WiFi, cần sử dụng module WiFi ESP8266 hoặc Ethernet Shield trên Arduino. Arduino cần được cấu hình để kết nối với mạng WiFi. Trên Android, cần sử dụng socket để giao tiếp với Arduino qua mạng WiFi. Cần thiết lập địa chỉ IP và cổng (port) trên cả Arduino và Android. Phương pháp này cung cấp phạm vi hoạt động rộng hơn so với Bluetooth, nhưng yêu cầu cấu hình phức tạp hơn. Việc sử dụng thư viện WiFiManager có thể giúp đơn giản hóa quá trình cấu hình WiFi.

V. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu về điều khiển từ xa

Hệ thống điều khiển từ xa trên Android có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như điều khiển nhà thông minh android, tự động hóa công nghiệp và nông nghiệp. Trong điều khiển nhà thông minh, hệ thống có thể được sử dụng để điều khiển đèn, quạt, máy lạnh và các thiết bị gia dụng khác. Trong tự động hóa công nghiệp, hệ thống có thể được sử dụng để điều khiển các máy móc và dây chuyền sản xuất. Trong nông nghiệp, hệ thống có thể được sử dụng để điều khiển hệ thống tưới tiêu và giám sát môi trường.

5.1. Ứng dụng điều khiển nhà thông minh Android sử dụng IoT

Trong ứng dụng điều khiển nhà thông minh Android sử dụng IoT, hệ thống điều khiển từ xa có thể được tích hợp với các cảm biến và thiết bị thông minh khác để tạo ra một môi trường sống tiện nghi và an toàn. Ví dụ, hệ thống có thể tự động điều chỉnh nhiệt độ và ánh sáng dựa trên thời gian trong ngày và sự hiện diện của người dùng. Hệ thống cũng có thể được sử dụng để giám sát an ninh và cảnh báo nguy hiểm. Các ứng dụng IoT (Internet of Things) ngày càng trở nên phổ biến và cung cấp nhiều tính năng hữu ích cho người dùng.

5.2. Ứng dụng trong tự động hóa công nghiệp và nông nghiệp thông minh

Trong tự động hóa công nghiệp và nông nghiệp thông minh, hệ thống điều khiển từ xa có thể được sử dụng để tăng năng suất và giảm chi phí. Ví dụ, hệ thống có thể điều khiển các robot và máy móc tự động trong nhà máy và trang trại. Hệ thống cũng có thể được sử dụng để giám sát các thông số quan trọng, chẳng hạn như nhiệt độ, độ ẩm và áp suất. Việc sử dụng các hệ thống tự động hóa có thể giúp cải thiện hiệu quả và độ chính xác của các quy trình sản xuất.

VI. Kết luận và hướng phát triển cho hệ thống điều khiển từ xa

Xây dựng hệ thống điều khiển từ xa trên Android là một lĩnh vực đầy tiềm năng và có nhiều cơ hội phát triển. Trong tương lai, hệ thống có thể được cải thiện để tích hợp nhiều tính năng hơn, chẳng hạn như nhận dạng giọng nói, trí tuệ nhân tạo và học máy. Hệ thống cũng có thể được mở rộng để hỗ trợ nhiều loại thiết bị hơn, chẳng hạn như xe tự lái, thiết bị y tế và thiết bị đeo. Việc phát triển các hệ thống điều khiển từ xa an toàn, tin cậy và hiệu quả sẽ đóng góp vào sự phát triển của cuộc sống thông minh và xã hội kết nối.

6.1. Tích hợp trí tuệ nhân tạo AI và học máy Machine Learning

Việc tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (Machine Learning) có thể giúp hệ thống điều khiển từ xa trở nên thông minh và linh hoạt hơn. Ví dụ, hệ thống có thể học hỏi thói quen của người dùng và tự động điều chỉnh các thiết bị dựa trên sở thích của họ. Hệ thống cũng có thể sử dụng AI để phát hiện và ngăn chặn các cuộc tấn công mạng. Các thuật toán AI và Machine Learning ngày càng trở nên mạnh mẽ và dễ sử dụng, tạo ra nhiều cơ hội để cải thiện các hệ thống điều khiển từ xa.

6.2. Mở rộng khả năng tương thích với nhiều thiết bị và giao thức khác nhau

Việc mở rộng khả năng tương thích với nhiều thiết bị và giao thức khác nhau là rất quan trọng để đảm bảo tính linh hoạt và khả năng mở rộng của hệ thống điều khiển từ xa. Hệ thống cần có khả năng kết nối với các thiết bị sử dụng các giao thức khác nhau, chẳng hạn như Zigbee, Z-Wave và MQTT. Việc sử dụng các giao thức tiêu chuẩn và API mở có thể giúp đơn giản hóa quá trình tích hợp. Điều này giúp hệ thống trở nên linh hoạt và đáp ứng được nhiều nhu cầu khác nhau của người dùng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1. Tổng quan Đề tài: “ Xây dựng hệ thống điều khiển từ xa trên nền Android” Xây dựng ứng dụng chạy trên các thiết bị chạy Android, điều khiển các thiết bị từ xa qua tin nhắn SMS, Bluetooth, hoặc điều khiển qua Ethernet. Dùng board mạch ứng dụng Arduino kết hợp với các module: module SIM 900A, module Bluetooth HC-05, module Ethernet Shied để điều khiển thiết bị bằng module Relay. Sơ đồ khối: Điều khiển qua SMS: KHỐI NGUỒN THIẾT BỊ MODULE BOARD ANDROI SIM 900A ARDUINO D MODULE RELAY ĐIỀU KHIỂN Hình 1.1: Sơ đồ khối điều khiển qua SMS Xây dựng hệ thống điều khiển từ xa trên nền Adroid SVTH: Nguyễn Hữu Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2 Điều khiển qua Bluetooth: KHỐI NGUỒN THIẾT BỊ MODULE BOARD ANDROID BLUETOOTH ARDUINO MODULE RELAY ĐIỀU KHIỂN Hình 1.2: Sơ đồ khối điều khiển qua bluetooth Điều khiển qua Ethernet: KHỐI NGUỒN THIẾT MODULE BOARD BỊ ETHERNE ARDUINO ANDROI T ROUTER WIFI MODULE RELAY ĐIỀU KHIỂN Hình 1.3: Sơ đồ khối điều khiển qua Ethernet Xây dựng hệ thống điều khiển từ xa trên nền Adroid SVTH: Nguyễn Hữu Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3 1.

Mục đích: Thực hiện việc điều khiển thiết bị một cách đơn giản và dễ dàng nhất thông qua ứng dụng chạy trên thiết bị Android. Hướng thực hiện 1. Tìm hiểu Android và viết ứng dụng Android  Hiểu được về nền tảng Android, cấu trúc cơ bản của một ứng dụng Android.  Biết cách sử dụng phần mềm Eclipse để viết ứng dụng Android.

 Các website hỗ trợ viết ứng dụng Android 1. Tìm hiểu về các module sử dụng  Tìm hiểu về board ứng dụng Arduino, biết được cách lập trình cho board Arduino  Biết cách giao tiếp với Module SIM900A bằng tập lệnh AT  Biết cách giao tiếp với module bluetooh HC-05  Tìm hiều về module Ethernet Shield 1. Thực hiện phần cứng điều khiển thiết bị và kết nối các module Xây dựng hệ thống điều khiển từ xa trên nền Adroid SVTH: Nguyễn Hữu Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ GSM VÀ MODULE SIM900A 2. Tổng quan về GSM GSM (Global System for Mobile Communications): Hệ thống thông tin di động toàn cầu: là một công nghệ dùng cho mạng thông tin di động.

Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể roaming với nhau do đó những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới. Cấu trúc mạng GSM Hình 2.1: Cấu trúc mạng GSM OSS : Hệ thống khai thác và hỗ trợ AUC : Trung tâm nhận thực HLR : Bộ ghi định vị thường trú MSC : Tổng đài di động BSS : Hệ thống trạm gốc Xây dựng hệ thống điều khiển từ xa trên nền Adroid SVTH: Nguyễn Hữu Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5 OMC : Trung tâm vận hành và bảo dưỡng PSPDN: Mạng chuyển mạch gói công cộng PSDN: Mạng chuyển mạch điện thoại di động SS : Hệ thống chuyển mạch VLR : Bộ ghi định vị tạm trú EIR : Thanh ghi nhận dạng thiết bị BTS : Trạm thu phát gốc MS : Máy di động ISDN : Mạng liên kết đa dịch vụ CSPDN: Mạng chuyển mạch số công cộng theo mạch PLMN: Mạng di động mặt đất công cộng 2. Hệ thống GSM Hệ thống GSM được chia thành hệ thống chuyển mạch SS và hệ thống trạm gốc BSS. Hệ thống được thực hiện như một mạng gồm nhiều cell vô tuyến cạnh nhau để cùng đảm bảo toàn bộ vùng phủ sóng cùng phục vụ.

Mỗi cell có một trạm vô tuyến gốc BTS làm việc ở một tập hợp các kênh vô tuyến. Các kênh này khác với các kênh được sử dụng ở các cell lân cận để tránh nhiễu. Một bộ điều khiển trạm gốc BSC sẽ điều khiển một nhóm BTS. BSC điều khiển các chức năng như chuyển giao và điều khiển công suất.

Một MSC phục vụ một số bộ điều khiển trạm gốc , MSC điều khiển các cuộc gọi tới và đi từ mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN, mạng liên kết đa dịch vụ ISDN, mạng di động mặt đất công cộng PLMN và mạng số liệu công cộng PSDN, và có thể là các mạng riêng.  Hệ thống chuyển mạch con (SS- Switching System) Hệ thống chuyển mạch con: bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động Xây dựng hệ thống điều khiển từ xa trên nền Adroid SVTH: Nguyễn Hữu Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6 của thuê bao. Chức năng chính của SS là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với mạng khác. MSC thực hiện chức năng chuyển mạch chính, nhiệm vụ chính của MSC là điều phối việc thiết lập cuộc gọi đến những thuê bao của GSM, một mặt MSC giao tiếp với hệ thống con BSS và mặt khác giao tiếp với mạng ngoài qua G-MSC Khối HLR: giữ các thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông không phụ thuộc vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuê bao.

Khối AuC: được nối đến HLR chức năng của AuC là cung cấp cho HLR các tần số nhận thực và các khóa mật mã để sử dụng cho bảo mật. Bộ ghi định vụ tạm trú VLR: là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng phục vụ của MSC.  Trạm di động MS gồm 2 phần:  ME (Mobile Equipment): thiết bị di động.  SIM (Subscriber Identity Module): lưu trữ các thông tin về thuê bao mật mã.

MS là một đầu cuối di động, có thể đặt trên ô tô hay xách tay. Tại GSM có một khối nhỏ gọn là module nhận dạng thuê bao SIM., là khối vật lý tách riêng chẳng hạn là một IC Card con gọi là card thông minh SIM cung cấp với thiết bị trạm hợp thành trạm di động. Không có SIM, MS không thể thâm nhập đến mạng.  Hệ thống con BSS Là một hệ thống đặc thù riêng cho tính chất vô tuyến của GSM.

BSS giao tiếp trực tiếp với các trạm di động MS thông qua giao diện vô tuyến, vì vậy nó gồm các thiết bị thu phát đường vô tuyến và quản lý các chức năng này. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài SS. BSS thực hiện đấu nối các MS với các tổng đài. Xây dựng hệ thống điều khiển từ xa trên nền Adroid SVTH: Nguyễn Hữu Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7 BSS gồm hai loại thiết bị:  BTS giao diện với MS  BSC giao diện với MSC Khối BTS: Một BTS gồm các thiết bị thu phát, anten và xử lý tín hiệu đặc thù cho giao diện vô tuyến.

Một bộ phận quan trọng khác của BTS là TRAU là khối chuyển đổi mã và thích ứng tốc độ, và có thể dặt cách xa BTS, thậm chí còn đặt trong BSC và MSC Khối BSC: Có nhiệm vụ quản lý tất cả giao diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa BTS và MS. Các lệnh này chủ yếu là lệnh ấn định, giải phóng kênh vô tuyến và chuyển giao. Một phía BSC được nối với BTS còn phía kia nối với MSC của SS. Vai trò chính là quản lý các kênh ở giao diện vô tuyến và chuyển giao.

 Phân hệ khai thác và hỗ trợ ( OSS) Được nối tới tất cả các thiết bị ở hệ thống chuyển mạch và nối đến BSC. Chức năng chính của OSS:  Quản lý mang tế bào  Quản lý đăng ký thuê bao  Quản lý chất lượng 2. Giới thiệu Module SIM900A SIMCOM trình bày một module không dây- SIM900A nhỏ gọn và đáng tin cậy. Đây là một Dual-band GSM module / GPRS hoàn chỉnh trong một loại SMT và được thiết kế với một bộ xử lý duy nhất - chip rất mạnh mẽ tích hợp lõi AMR926EJ-S, thuậ lợi với kích thước nhỏ và các giải pháp hiệu quả chi phí.

Xây dựng hệ thống điều khiển từ xa trên nền Adroid SVTH: Nguyễn Hữu Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 8 Với một tiêu chuẩn công nghiệp, các SIM900A cung cấp GSM / GPRS băng tần 900 / 1800MHz cho thoại, SMS, Data, Fax và trong một yếu tố hình thức nhỏ và với mức tiêu thụ điện năng thấp. Với một cấu hình nhỏ 24mm x 24mm x 3 mm, SIM900 thể phù hợp với hầu như tất cả các yêu cầu về không gian trong các ứng dụng M2M của bạn, đặc biệt là cho các nhu cầu mỏng và nhỏ gọn của thiết kế.2: Module SIM900A GSM Module Sim900: Hình 2.3: Breakout SIM900 Xây dựng hệ thống điều khiển từ xa trên nền Adroid SVTH: Nguyễn Hữu Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 9 Là một sản phẩm do AT-COM phát triển nhằm giúp người sử dụng có thể khai thác các tính năng của Sim900A một cách dễ dàng. Board hỗ trợ khá đầy các ngõ ra của Module Sim900A ( RS232, Audio, ADC, VRTC, PWM, I2C. Dễ kết nối kết nối với các dòng vi điều khiển như PIC, AVR, ARM, Arduino để phát triển các ứng dụng điều khiển, giám sát qua môi trường mạng GSM, GPRS.

Ngõ ra RS232 giúp giao tiếp máy tính và lập trình cho Module Sim900A thông qua tập lệnh AT COMMAND. Thông số kỹ thuật SIM900A Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật SIM900A Tính năng Mô tả Nguồn cung cấp - Sử dụng điện áp từ 3.5V Nguồn tiết kiệm - Sử dụng điển hình ở chế độ ngủ với dòng 1.5mA - GSM850, EGSM900, DCS1800, PCS1900 có thể tìm thấy các dải tần một cách tự động. Các dải tần có thểđược thiết Các dải tần hoạt động lập bởi câu lệnh AT. - Tương thích với pha GSM 2/2+ - Lớp 4(2W) ở GSM850 và EGSM 900 Công suất truyền tải - Lớp 1(1W) ở DCS 1800 và PCS 1900 - GPRS nhiều khe mặc định trong lớp 10 Kết nối GPRS - GPRS nhiều khe tùy chọn ở lớp 8 - GPRS trạm di động lớp B - Hoạt động bình thường ở -30 đến 80 độ C Dải nhiệt độ - Hoạt động hạn chế ở -40 đến 30 và 80 đến 85 độ C Xây dựng hệ thống điều khiển từ xa trên nền Adroid SVTH: Nguyễn Hữu Tính ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 10 - Nhiệt độ lưu trữ là -45 đến 90 độ C - Truyền dữ liệu xuống lớn nhất là 85.6 kbps - Truyền dữ liệu lên lớn nhất 42.8 kbps - Mã hóa chương trình CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4 - SIM900 hỗ trợ các giao thức PAP( Giao thức xác nhận mật mã) thường được sử dụng trong các kết nối PPP.

Dữ liệu GPRS - SIM900 được tích hợp giao thức TCP/IP - Cung cấp gói chuyển mạch kênh điều khiển quảng bá (PBCCH). - Các tốc độ truyền CSD: 2.4 kbps, không trong suốt.