Khóa luận tốt nghiệp: Thiết kế mạch tự động cân bằng nhiệt độ và điều khiển thiết bị thông qua tin nhắn SMS

Chia sẻ: Tiểu Ngư | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:76

Thêm vào BST

Báo xấu

62
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài có cấu trúc gồm 4 chương trình bày tổng quan về mạng GSM và dịch vụ nhắn tin qua mạng SMS; vi điều khiển PIC16F887; thiết kế mạch tự động cân bằng nhiệt độ và điều khiển thiết bị thông qua tin nhắn SMS; kết quả đạt được của hệ thống.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp: Thiết kế mạch tự động cân bằng nhiệt độ và điều khiển thiết bị thông qua tin nhắn SMS

LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn đến quý Thầy, Cô trường Cao đẳng CNTT Hữu Nghị Việt – Hàn, những người trực tiếp giảng dạy, truyền đạt những kiến thức bổ ích cho em, đó chính là những nền tảng cơ bản, là những hành trang vô cùng quý giá, là bước đầu tiên cho em bước vào sự nghiệp sau này trong tương lai. Đặc biệt là cô Trần Thị Trà Vinh đã tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình thực tập đến khi hoàn thành đồ án tốt nghiệp, giải đáp những thắc mắc trong quá trình thực hiện. Nhờ đó, em mới có thể hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này. Trong quá trình làm đồ án, vì thời gian hạn hẹp nên bài báo cáo tốt nghiệp chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót. Kính mong nhận được sự góp ý từ quý Thầy, Cô và các bạn để kiến thức của em ngày càng hoàn thiện hơn và rút ra những kinh nghiệm bổ ích có thể áp dụng vào thực tiễn một cách hiệu quả trong tương lai. Kính chúc thầy cô luôn vui vẻ, hạnh phúc, dồi dào sức khỏe và thành công trong công việc. Em xin chân thành cảm ơn. Đà Nẵng, 05 năm 2016 Lê Tấn Vàng i
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. i MỤC LỤC ......................................................................................................................ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................. v DANH MỤC HÌNH VẼ...............................................................................................vii DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... ix MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG GSM VÀ DỊCH VỤ NHẮN TIN NHẮN SMS ................................................................................................................................. 2 1.1. TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM ....................2 1.1.1. Giới thiệu về hệ thống thông tin di động GSM ..........................................2 1.1.2 Đặc điểm của hệ thống thông tin di động GSM ..........................................2 1.1.3 Cấu trúc của hệ thống thông tin di động GSM ...........................................3 1.1.3.1 Cấu trúc tổng quát ..................................................................................3 1.1.3.2 Các thành phần của hệ thống thông tin di động GSM .........................3 1.1.4 Sử phát triển của hệ thống thông tin di động ở Việt Nam .........................4 1.2. TỔNG QUÁT VỀ TIN NHẮN SMS ..................................................................4 1.2.1 Giới thiệu về SMS ..........................................................................................4 1.2.2 Cấu trúc của một tin nhắn SMS ...................................................................6 1.2.3 Tin nhắn SMS chuỗi ......................................................................................7 1.2.4 SMS CENTER/SMSC ...................................................................................7 1.2.5 Nhắn tin SMS quốc tế ....................................................................................8 CHƢƠNG 2 VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F887 ................................................................. 9 2.1. GIỚI THIỆU PIC (Programmable Intelligent Computer) .............................9 2.1.1. Giới thiệu về vi điều khiển PIC ...................................................................9 2.1.2. Ƣu và nhƣợc điểm của PIC ........................................................................10 2.2 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PIC16F887 ..................................................10 2.2.1 Giới thiệu về PIC16F887 .............................................................................10 ii
2.2.2 Sơ đồ khối của PIC16F887 ..........................................................................12 2.3 KHẢO SÁT SƠ ĐỒ CHÂN, CHỨC NĂNG TỪNG CHÂN ..........................13 2.3.1 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F887 .........................................................13 2.3.2 Tổ chức bộ nhớ .............................................................................................15 2.3.2.1 Bộ nhớ chương trình ............................................................................15 2.3.2.2 Bộ nhớ dữ liệu ......................................................................................17 2.3.3 Các cổng I/O của PIC16F887......................................................................17 2.4 BỘ CHUYỂN ĐỔI TƢƠNG TỰ - SỐ (ADC) .................................................19 2.4.1 Kết quả chuyển đổi AD ...............................................................................20 2.4.2 Các bƣớc chuyển đổi từ tƣơng tự - số ........................................................21 2.4.3 Các thanh ghi ADC ......................................................................................22 2.5 BỘ SO SÁNH COMPARATOR .......................................................................22 2.6 TRUYỀN THÔNG NỐI TIẾP EUART ...........................................................24 2.6.1 Bộ EUSART hoạt động trong chế độ bất đồng bộ ....................................24 2.6.1.1 Bộ phát bất đồng bộ EUSART .............................................................25 2.6.1.2 Bộ thu bất đồng bộ EUSART ...............................................................26 2.6.1.3 Độ chính xác của xung clock với hoạt động không đồng bộ .............28 2.6.2 Bộ EUSART hoạt động trong chế độ đồng bộ ..........................................30 2.7 HOẠT ĐỘNG ĐỊNH THỜI TIMER ...............................................................30 2.7.1 Bộ định thời TIMER0 .................................................................................30 2.7.2 Bộ định thời TIMER1 .................................................................................32 2.7.3 Bộ định thời TIMER2 .................................................................................34 2.8 NGẮT (INTERRUPT) .......................................................................................35 CHƢƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH TỰ ĐỘNG CÂN BẰNG NHIỆT ĐỘ VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ THÔNG QUA TIN NHẮN SMS ............................................... 37 3.1 GIỚI THIỆU MODULE SIM900A, TẬP LỆNH AT COMMAND. .............37 3.1.1 Giới thiệu module SIM900A .......................................................................37 iii
3.1.2 Đặc điểm của module SIM900A .................................................................37 3.1.3 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân ...........................................40 3.1.4 Khảo sát tập lệnh AT của module SIM900A ............................................42 3.2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG .................................................................................44 3.2.1 Phần tự động cân bằng nhiệt độ ....................................................................44 3.2.2 Phần điều khiển bằng tin nhắn SMS .............................................................45 3.3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG .................................................................................46 3.3.1 Sơ đồ mạch ...................................................................................................46 3.3.1.1 Nguồn ....................................................................................................46 3.3.1.2 Mạch cân bằng nhiệt ............................................................................46 3.3.1.3 Mạch điều khiển ...................................................................................47 3.3.1.4 Relay ......................................................................................................47 3.3.3 Mạch layout ..................................................................................................48 CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC CỦA HỆ THỐNG ...................................... 50 4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC .....................................................................................50 4.2 QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA SẢN PHẨM .............................................50 KẾT LUẬN .................................................................................................................. 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................. x PHỤ LỤC ...................................................................................................................... xi iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết Thuật ngữ tiếng Anh Thuật ngữ tiếng Việt tắt 3GPP Third Generation Partnership Project Dự án cộng tác bên thứ ba ADC Analog Digital Converter Bộ chuyển đổi tín hiệu từ analog sang digital AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực BSS Base Station Subsystem Hệ thống trạm cơ sở phụ BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc. CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CSPDN Circuit Switched Public Data Network Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh. EDGE Enhanced Data Rates for Global Nâng cao tốc độ truyền dữ liệu Evolution EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị. ETSI European Telecommunications Viện các tiêu chuẩn viễn thông Standards Institute Châu Âu GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp GSM Global System for Mobile Hệ thống thông tin di động số Communications toàn cầu HLR Home Location Register Địa điểm đăng kí thường trú ISDN Integrated Services Digital network Mạng số dịch vụ tích hợp. MS Mobile Station Trạm di động MSC Mobile-services Switching Centrer Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ mạng. NSS Network Switching Subsystem Mạng chuyển mạch hệ thống con OMC Operation and Maintenance Center Trung tâm khai thác và bảo dưỡng. OSS Operation Subsystem Hoạt động hệ thống phụ PIC Programmable Interface Controller Giao diện điều khiển lập trình v
PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất. PSP Parallel Slave Port Cổng phụ song song PSPDN Packet Switch Public Data Network Mạng chuyển mạch số liệu công cộng PSTN Public Switch Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng. PWM Pulse Width Modulation Phương pháp điều chỉnh điện áp SIM Subscriber Identity Module Module nhận dạng thuê bao SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn ngắn SMSC Short message Service Centre Trung tâm dịch vụ tin nhắn ngắn SPI Serial Peripheral Interface Giao tiếp ngoại vi nối tiếp TDM Time Division Multiplexing Điều chế phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời gian USB Universal Serial Bus Cổng nối tiếp chung VLR Visitor Location Register Địa chỉ đăng kí truy cập WAP Wireless Application Protocol Giao thức Ứng dụng Không dây vi
DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu Tên hình Trang hình 1.1 Cấu trúc của hệ thống thông tin di động GSM 3 1.2 Các thành phần hệ thống GSM 3 1.3 Cấu trúc của một tin nhắn SMS 6 2.1 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F887 12 2.2 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F887 13 2.3 Bộ nhớ chương trình PIC16F887 16 2.4 Địa chỉ thanh ghi của PIC16F887 17 2.5 Sơ đồ khối của AD 20 2.6 Chu kỳ xung clock và tần số làm việc của ADC 20 2.7 Các cách lưu kết quả chuyển đổi 10 bit A/D 21 2.8 Các thanh ghi liên quan đến bộ điều khiển A/D 22 2.9 Nguyên lý hoạt động của một bộ so sánh đơn giản 23 2.10 Sơ đồ khối đơn giản của bộ Comparator 23 2.11 Các thanh ghi liên quan đến bộ so sánh 24 2.12 Sơ đồ khối bộ truyền dữ liệu EUSART bất đồng bộ 26 2.13 Các thanh ghi liên quan đến quá trình truyền bất đồng bộ 26 2.14 Sơ đồ khối bộ nhận dữ liệu EUSART bất đồng bộ 27 2.15 Các thanh ghi liên quan đến quá trình nhận dữ liệu bất đồng bộ 28 2.16 Cấu tạo thanh ghi TXSTA 28 2.17 Cấu tạo thanh ghi RCSTA 29 2.18 Sơ đồ khối bộ định thời Timer 0 31 2.19 Các thanh ghi liên quan đến bộ định thời Timer0 32 2.20 T1CON: Thanh ghi điều khiển Timer1 33 2.21 Sơ đồ khối Timer1 33 2.22 Các thanh ghi liên quan đến bộ định thời Timer1 34 2.23 T2CON: Thanh ghi điều khiển Timer2 35 2.24 Sơ đồ khối của bộ định thời Timer2 35 vii
2.25 Các thanh ghi liên quan đến bộ định thời Timer2 35 3.1 Module SIM900A 39 3.2 Sơ đồ chân của Module SIM900A 40 3.2 Sơ đồ khối hệ thống tự cân bằng nhiệt 44 3.3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thiết bị bằng SMS 45 3.4 Mạch nguồn 46 3.5 Mạch cân bằng nhiệt 47 3.6 Mạch điều khiển chính 47 3.7 Relay 48 3.8 Mạch cân bằng nhiệt độ 48 3.9 Mạch điều khiển chính 49 4.1 Mạch hoàn thiện 50 4.2 Bật thiết bị 1 50 4.3 Thông báo đã bật thiết bị 1 50 4.4 tắt thiết bị 1 51 4.5 Thông báo đã tắt thiết bị 1 51 4.6 Bật thiết bị 2 51 4.7 Thông báo đã bật thiết bị 2 51 4.8 Tắt thiết bị 2 51 4.9 Thông báo đã tắt thiết bị 2 51 4.10 Bật thiết bị 3 51 4.11 Thông báo đã bật thiết bị 3 51 4.12 Tắt thiết bị 3 52 4.14 Bật thiết bị 4 52 4.15 Thông báo đã bật thiết bị 4 52 4.16 Tắt thiết bị 4 52 4.17 Thông báo đã tắt thiết bị 4 52 4.18 Kiểm tra nhiệt độ phòng 52 4.19 Thông báo nhiệt độ phòng 52 viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên bảng Trang bảng 2.1 Bảng so sánh chức năng của PIC16F887 và AT89C51 10 2.2 Bảng mô tả các chức năng từng chân của PIC 13 3.1 Bảng mô tả các chức năng từng chân của SIM900A 40 ix
Thiết kế mạch tự động cân bằng nhiệt độ và điều khiển thiết bị thông qua tin nhắn SMS MỞ ĐẦU Ngày nay, cùng với sự phát triển vược bậc của khoa học kỹ thuật như công nghệ thông tin, tự động hóa, điện điện tử, …thì việc ứng dụng chúng vào cuộc sống và sản xuất là vô cùng cần thiết. Mạng GSM và việc sử dụng điện thoại di động phát triển rất mạnh mẽ và phổ biến, mang lại nhiều ứng dụng hay mang tính công nghệ. Sử dụng tin nhắn SMS trên nền mạng GSM để điều khiển thiết bị là một trong những ứng dụng tiêu biểu. Trong quá trình nghiên cứu, em đã quyết định thực hiện đề tài: “Thiết kế mạch tự động cân bằng nhiệt độ và điều khiển thiết bị thông qua tin nhắn SMS”. Với đề tài này, em muốn sử dụng điện thoại di động điều khiển thiết bị điện dân dụng, dùng Module SIM900A trên nền mạng GSM để thu SMS điều khiển và tích hợp với mạch tự động cân bằng nhiệt độ để sử dụng ở những nơi có diện tích rộng, không sử dụng được máy lạnh như nhà kính trồng rau,nhà máy, xí nghiệp,.... Em hi vọng với đề tài này sẽ làm cơ sở cho việc mở rộng, phát triển hơn nữa trong tương lai. Đề tài này được thực hiện gồm 4 chương : Chương 1: Tổng quan về mạng GSM và dịch vụ nhắn tin qua mạng SMS Chương 2: Vi điều khiển PIC16F887 Chương 3: Thiết kế mạch tự động cân bằng nhiệt độ và điều khiển thiết bị thông qua tin nhắn SMS. Chương 4: Kết quả đạt được của hệ thống SVTH: Lê Tấn Vàng_Lớp: CCVT06A 1
Thiết kế mạch tự động cân bằng nhiệt độ và điều khiển thiết bị thông qua tin nhắn SMS CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG GSM VÀ DỊCH VỤ NHẮN TIN NHẮN SMS 1.1. TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM 1.1.1. Giới thiệu về hệ thống thông tin di động 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 lượng cao với các băng tần khác nhau: 400Mhz, 900Mhz, 1800Mhz và 1900Mhz, được tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) quy định. GSM là một hệ thống có cấu trúc mở nên hoàn toàn không phụ thuộc vào phần cứng, người ta có thể mua thiết bị từ nhiều hãng khác nhau. Do nó hầu như có mặt khắp mọi nơi trên thế giới nên khi các nhà cung cấp dịch vụ thực hiện việc ký kết roaming với nhau nhờ đó mà thuê bao GSM có thể dễ dàng sử dụng máy điện thoại GSM của mình bất cứ nơi đâu. Mặt thuận lợi to lớn của hệ thống GSM là ngoài việc truyền âm thanh với chất lượng cao còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác rẻ tiền hơn đó là tin nhắn SMS. Ngoài ra để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp dịch vụ thì hệ thống GSM được xây dựng trên cơ sở hệ thống mở nên nó dễ dàng kết nối các thiết bị khác nhau từ các nhà cung cấp thiết bị khác nhau. Nó cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa ra tính năng roaming cho thuê bao của mình với các mạng khác trên toàn thế giới. Và hệ thống GSM cũng phát triển thêm các tính năng truyền dữ liệu như GPRS và sau này truyền với tốc độ cao hơn sử dụng EDGE. GSM hiện chiếm 85% thị trường di động với 2,5 tỷ thuê bao tại 218 quốc gia và vùng lãnh thổ. 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. 1.1.2 Đặc điểm của hệ thống thông tin di động GSM - Cho phép gởi và nhận những mẫu tin nhắn văn bản bằng kí tự dài đến 126 kí tự. - Cho phép chuyển giao và nhận dữ liệu, FAX giữa các mạng GSM với tốc độ hiện hành lên đến 9.600 bps. - Tính phủ sóng cao: Hệ thống GSM không chỉ cho phép chuyển giao trong toàn SVTH: Lê Tấn Vàng_Lớp: CCVT06A 2
Thiết kế mạch tự động cân bằng nhiệt độ và điều khiển thiết bị thông qua tin nhắn SMS mạng mà còn chuyển giao giữa các mạng GSM trên toàn cầu mà không có một sự thay đổi, điều chỉnh nào. Đây là một tính năng nổi bật nhất của hệ thống GSM (dịch vụ roaming). - Sử dụng công nghệ phân chia theo thời gian TDM (Time division multiplexing) để chia ra 8 kênh full rate hay 16 kênh haft rate. - Công suất phát của máy điện thoại được giới hạn tối đa là 2 watts đối với băng tần GSM 850/900Mhz và tối đa là 1 watts đối với băng tần GSM 1800/1900Mhz. - Mạng GSM sử dụng 2 kiểu mã hoá âm thanh để nén tín hiệu âm thanh 3,1khz đó là mã hoá 6 và 13kbps gọi là Full rate (13kbps) và haft rate (6kbps). 1.1.3 Cấu trúc của hệ thống thông tin di động GSM 1.1.3.1 Cấu trúc tổng quát Hình 1.1 Cấu trúc của hệ thống thông tin di động GSM Hệ thống GSM được chia thành nhiều hệ thống con như sau: - Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem). - Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem). - Phân hệ bảo dưỡng và khai thác OSS (Operation Subsystem). - Trạm di động MS (Mobile Station). 1.1.3.2 Các thành phần của hệ thống thông tin di động GSM Hình 1.2 Các thành phần hệ thống GSM SVTH: Lê Tấn Vàng_Lớp: CCVT06A 3
Thiết kế mạch tự động cân bằng nhiệt độ và điều khiển thiết bị thông qua tin nhắn SMS AUC: Trung tâm nhận thực. VLR: Bộ ghi định vị tạm trú. HLR: Bộ ghi định vị thường trú. EIR: Bộ ghi nhận dạng thiết bị. MSC: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ mạng. BSC: Bộ điều khiển trạm gốc. BTS: Trạm thu phát gốc. NSS: Phân hệ chuyển mạch. BSS: Phân hệ trạm gốc. MS: Trạm di động. OSS: Phân hệ khai thác bảo dưỡng. PSPDN: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch gói. CSPDN: Mạng số liệu công cộng chuyển mạch kênh. PSTN: Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng. PLMN: Mạng di động mặt đất. ISDN: Mạng số dịch vụ tích hợp. OMC: Trung tâm khai thác và bảo dưỡng. 1.1.4 Sử phát triển của hệ thống thông tin di động ở Việt Nam Hệ thống GSM đã vào Việt Nam từ năm 1993. Hiện, ba nhà cung cấp di động hệ thống GSM lớn nhất của Việt Nam là VinaPhone, MobiFone và Viettel Mobile, cũng là những nhà cung cấp chiếm thị phần nhiều nhất trên thị trường với số lượng thuê bao mới tăng chóng mặt trong thời gian vừa qua. Hiện nay có đến hơn 85% người dùng hiện nay đang là khách hàng của các nhà cung cấp dịch vụ theo hệ thống GSM. Cho tới thời điểm này, thị trường thông tin di động của Việt Nam đã có khoảng 70 triệu thuê bao di động. Khi mà ba “đại gia” di động của Việt Nam là VinaPhone, MobiFone và Viettel đều tăng trưởng rất nóng với số lượng thuê bao mỗi ngày phát triển được lên tới hàng trăm ngàn thuê bao. 1.2. TỔNG QUÁT VỀ TIN NHẮN SMS 1.2.1 Giới thiệu về SMS SMS là từ viết tắt của Short Message Service. Đó là một công nghệ cho phép gửi và nhận các tin nhắn giữa các điện thoại với nhau. SMS xuất hiện đầu tiên ở Châu âu SVTH: Lê Tấn Vàng_Lớp: CCVT06A 4
Thiết kế mạch tự động cân bằng nhiệt độ và điều khiển thiết bị thông qua tin nhắn SMS vào năm 1991. Ở thời điểm đó, nó bao gồm cả các chuẩn về GSM (Global System for Mobile Communications). Một thời gian sau đó, nó phát triển sang công nghệ wireless như CDMA và TDMA. Các chuẩn GSM và SMS có nguồn gốc phát triển bởi ETSI. ETSI là chữ viết tắt của European Telecommunications Standards Institute. Ngày nay thì 3GPP (Third Generation Partnership Project) đang giữ vai trò kiểm soát về sự phát triển và duy trì các chuẩn GSM và SMS. Như đã nói ở trên về tên đầy đủ của SMS là Short Message Service, từ cụm từ đó, có thể thấy được là dữ liệu có thể được lưu giữ bởi một tin nhắn SMS là rất giới hạn. Một tin nhắn SMS có thể chứa tối đa là 140 byte (1120 bit) dữ liệu. Vì vậy, một tin nhắn SMS chỉ có thể chứa: + 160 ký tự nếu như mã hóa ký tự 7 bit được sử dụng (mã hóa ký tự 7 bit thì phù hợp với mã hóa các ký tự latin chẳng hạn như các ký tự alphabet của tiếng Anh). + 70 ký tự nếu như mã hóa ký tự 16 bit Unicode UCS2 được sử dụng (các tin nhắn SMS không chứa các ký tự latin như ký tự chữ Trung Quốc phải sử dụng mã hóa ký tự 16 bit). Tin nhắn SMS dạng text hỗ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau. Nó có thể hoạt động tốt với nhiều ngôn ngữ mà có hỗ trợ mã Unicode, bao gồm cả Arabic, Trung Quốc, Nhật bản và Hàn Quốc. Bên cạnh gửi tin nhắn dạng text thì tin nhắn SMS còn có thể mang các dữ liệu dạng binary. Nó còn cho phép gửi nhạc chuông, hình ảnh cùng nhiều tiện ích khác … tới một điện thoại khác. Một trong những ưu điểm nổi trội của SMS đó là nó được hỗ trợ bởi các điện thoại có sử dụng GSM hoàn toàn. Hầu hết tất cả các tiện ích cộng thêm gồm cả dịch vụ gửi tin nhắn giá rẻ được cung cấp, sử dụng thông qua sóng mang wireless. Không giống như SMS, các công nghệ mobile như WAP và mobile Java thì không được hỗ trợ trên nhiều model điện thoại. Sử dụng tin nhắn SMS ngày càng phát triển và trở lên rộng khắp: - Các tin nhắn SMS có thể được gửi và đọc tại bất kỳ thời điểm nào. Ngày nay, hầu hết mọi người đều có điện thoại di động của riêng mình và mang nó theo người hầu như cả ngày. Với một điện thoại di động , bạn có thể gửi và đọc các tin nhắn SMS bất cứ lúc nào bạn muốn, sẽ không gặp khó khăn gì khi bạn đang ở trong văn phòng hay trên xe bus hay ở nhà… - Tin nhắn SMS có thể được gửi tới các điện thoại đang tắt nguồn. Nếu như không chắc cho một cuộc gọi nào đó thì bạn có thể gửi một tin nhắn SVTH: Lê Tấn Vàng_Lớp: CCVT06A 5
Thiết kế mạch tự động cân bằng nhiệt độ và điều khiển thiết bị thông qua tin nhắn SMS SMS đến bạn của bạn thậm chí khi người đó tắt nguồn máy điện thoại trong lúc bạn gửi tin nhắn đó. Hệ thống SMS của mạng điện thoại sẽ lưu trữ tin nhắn đó rồi sau đó gửi nó tới người bạn đó khi điện thoại của người bạn này mở nguồn. - Các tin nhắn SMS ít gây phiền phức trong khi bạn vẫn có thể giữ liên lạc với người khác. Việc đọc và viết các tin nhắn SMS không gây ra ồn ào. Trong khi đó, bạn phải chạy ra ngoài khỏi rạp hát, thự viện hay một nơi nào đó để thực hiện một cuộc điện thoại hay trả lời một cuộc gọi. Bạn không cần phải làm như vậy nếu như tin nhắn SMS được sử dụng. Các điện thoại di động và chúng có thể được thay đổi giữa các sóng mang Wireless khác nhau. Tin nhắn SMS là một công nghệ rất thành công và trưởng thành. Tất cả các điện thoại mobile ngày nay đều có hỗ trợ nó. Bạn không chỉ có thể trao đổi các tin nhắn SMS đối với người sử dụng mobile ở cùng một nhà cung cấp dịch vụ mạng sóng mang wireless, mà đồng thời bạn cũng có thể trao đổi nó với người sử dụng khác ở các nhà cung cấp dịch vụ khác. - SMS là một công nghệ phù hợp với các ứng dụng Wireless sử dụng cùng với nó. Nói như vậy là do: Thứ nhất, tin nhắn SMS được hỗ trợ 100% bởi các điện thoại có sử dụng hệ thống GSM. Xây dựng các ứng dụng wireless trên nền công nghệ SMS có thể phát huy tối đa những ứng dụng có thể dành cho người sử dụng. Thứ hai, các tin nhắn SMS còn tương thích với việc mang các dữ liệu binary bên cạnh gửi các text. Nó có thể được sử dụng để gửi nhạc chuông, hình ảnh, hoạt họa. Thứ ba, tin nhắn SMS hỗ trợ việc chi trả các dịch vụ trực tuyến. 1.2.2 Cấu trúc của một tin nhắn SMS Nội dung của một tin nhắn SMS được gửi đi sẽ được chia làm 5 phần như sau: Hình 1.3 Cấu trúc của một tin nhắn SMS SVTH: Lê Tấn Vàng_Lớp: CCVT06A 6
Thiết kế mạch tự động cân bằng nhiệt độ và điều khiển thiết bị thông qua tin nhắn SMS - Instructions to air interface: Chỉ thị dữ liệu kết nối với air interface (giao diện không khí) . - Instructions to SMSC: Chỉ thị dữ liệu kết nối với trung tâm tin nhắn SMSC (short message service centre). - Instructions to handset: Chỉ thị dữ liệu kết nối cầm tay. - Instructions to SIM (optional): Chỉ thị dữ liệu kết nối, nhận biết SIM (Subscriber Identity Modules). - Message body: Nội dung tin nhắn SMS. 1.2.3 Tin nhắn SMS chuỗi Một trong những trở ngại của công nghệ SMS là tin nhắn SMS chỉ có thể mang một lượng giới hạn các dữ liệu. Để khắc phục trở ngại này, một mở rộng của nó gọi là SMS chuỗi (hay SMS dài) đã ra đời. Một tin nhắn SMS dạng text dài có thể chứa nhiều hơn 160 kí tự theo chuẩn dùng trong tiếng Anh. Cơ cấu hoạt động cơ bản SMS chuỗi làm việc như sau: điện thoại di động của người gửi sẽ chia tin nhắn dài ra thành nhiều phần nhỏ và sau đó gửi các phần nhỏ này như một tin nhắn SMS đơn. Khi các tin nhắn SMS này đã được gửi tới đích hoàn toàn thì nó sẽ được kết hợp lại với nhau trên máy di động của người nhận. Khó khăn của SMS chuỗi là nó ít được hỗ trợ nhiều so với SMS ở các thiết bị có sử dụng sóng wireless. 1.2.4 SMS CENTER/SMSC Một SMS Center (SMSC) là nơi chịu trách nhiệm luân chuyển các hoạt động liên quan tới SMS của một mạng wireless. Khi một tin nhắn SMS được gửi đi từ một điện thoại di động thì trước tiên nó sẽ được gửi tới một trung tâm SMS. Sau đó, trung tâm SMS này sẽ chuyển tin nhắn này tới đích (người nhận). Một tin nhắn SMS có thể phải đi qua nhiều hơn một thực thể mạng (netwok) (chẳng hạn như SMSC và SMS gateway) trước khi đi tới đích thực sự của nó. Nhiệm vụ duy nhất của một SMSC là luân chuyển các tin nhắn SMS và điều chỉnh quá trình này cho đúng với chu trình của nó. Nếu như máy điện thoại của người nhận không ở trạng thái nhận (bật nguồn) trong lúc gửi thì SMSC sẽ lưu trữ tin nhắn này. Và khi máy điện thoại của người nhận mở nguồn thì nó sẽ gửi tin nhắn này tới người nhận. Thường thì một SMSC sẽ họat động một cách chuyên dụng để chuyển lưu thông SMS của một mạng wireless. Hệ thống vận hành mạng luôn luôn quản lí SMSC của SVTH: Lê Tấn Vàng_Lớp: CCVT06A 7
Thiết kế mạch tự động cân bằng nhiệt độ và điều khiển thiết bị thông qua tin nhắn SMS riêng nó và ví trí của chúng bên trong hệ thống mạng wireless. Tuy nhiên hệ thống vận hành mạng sẽ sử dụng một SMSC thứ ba có vị trí bên ngoài của hệ thống mạng wireless. Bạn phải biết địa chỉ SMSC của hệ thống vận hành mạng wireless để sử dụng, tinh chỉnh chức năng tin nhắn SMS trên điện thoại của bạn. Điển hình một địa chỉ SMSC là một số điện thoại thông thường ở hình thức, khuôn mẫu quốc tế. Một điện thoại nên có một thực đơn chọn lựa để cấu hình địa chỉ SMSC. Thông thường thì địa chỉ được điều chỉnh lại trong thẻ SIM bởi hệ thống mạng wireless. Điều này có nghĩa là bạn không cần phải làm bất cứ thay đổi nào cả. 1.2.5 Nhắn tin SMS quốc tế Các tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành được chia ra làm hai hạng mục gồm tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành cục bộ và tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành quốc tế với nhau. Tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành cục bộ là tin nhắn mà được gửi giữa các nhà điều hành trong cùng một quốc gia còn tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành quốc tế là tin nhắn SMS được gửi giữa các nhà điều hành mạng wireless ở những quốc gia khác nhau. Thường thì chi phí để gửi một tin nhắn SMS quốc tế thì cao hơn so với gửi trong nước. Và chi phí gửi tin nhắn trong nội mạng thì ít hơn so với gửi cho mạng khác trong cùng một quốc gia
Thiết kế mạch tự động cân bằng nhiệt độ và điều khiển thiết bị thông qua tin nhắn SMS CHƢƠNG 2 VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F887 2.1. GIỚI THIỆU PIC (Programmable Intelligent Computer) 2.1.1. Giới thiệu về vi điều khiển PIC Năm 1971 bộ vi xử lý đầu tiên ra đời đã mở ra một thời đại mới trong công nghệ điện tử và tin học, nó đã ảnh hưởng sâu sắc đến mọi lĩnh vực khoa học công nghệ. Các hệ thống được thiết kế dựa trên nền tảng của bộ vi xử lý (điển hình như PC) có khả năng mà các hệ thống điện tử thông thường không thể thực hiện được. Để thúc đẩy việc nghiên cứu chế tạo vi điều khiển đó là tính đa dụng, dễ dàng lập trình và giá thành thấp. Vi điều khiển tỏ ra rất hấp dẫn trong các ứng dụng điều khiển điện tử vì có kích thước nhỏ, tuy nhỏ nhưng chức năng cũng rất đa dạng, dễ dàng tích hợp vào trong hệ thống để điều khiển toàn hệ thống. PIC là dòng vi điều khiển do hãng MICROCHIP sản xuất với công nghệ hiện đại, phù hợp cho các ứng dụng đơn giản và hiện đại. Đang được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng dân dụng và công nghiệp bởi những đặc tính ưu việt của nó. Hơn nữa việc lập trình cho PIC lại khá đơn giản bởi số mã lệnh ít, có nhiều công cụ hỗ trợ lập trình bằng ngôn ngữ cấp cao như C. Hiện tại PIC có các dòng 8 bits và 16 bits. Trong báo cáo này ta quan tâm đến PIC 8 bits cụ thể là PIC16F887. Các đặc điểm cơ bản của PIC có thể được tóm tắt như sau : - PIC có nhiều chủng loại như PIC 8 bits (PIC10, PIC12, PIC16), hay PIC 16 bits (PIC24F, PIC24H, …). - PIC có thể được lập trình bằng ngôn ngữ Assembler hoặc C. - Có 5 port I/O port A, port B, port C, port D, port E. - Có 3 timer: Timer0 là 8 bits, Timer1 là 16 bits, Timer2 là 16 bits. - Được tích hợp bộ chuyển đổi ADC. - PIC có thể sử dụng Timer để tạo xung PWM. - Phương thức cất giữ Sleep. - Có bản lựa chọn dao động. - Công suất tiêu thụ thấp. - Cổng phụ song song (PSP) với 8 bit mở rộng, với RD, WR và CS điều khiển. - Thực hiện truyền dữ liệu nối tiếp với máy tính thông qua cổng RS-232, mặt khác PIC còn có thể giao tiếp với máy tính thông qua cổng USB. SVTH: Lê Tấn Vàng_Lớp: CCVT06A 9
Thiết kế mạch tự động cân bằng nhiệt độ và điều khiển thiết bị thông qua tin nhắn SMS 2.1.2. Ƣu và nhƣợc điểm của PIC Họ 8051 thường được sử dụng cho các ứng dụng cơ bản, đơn giản. Tuy nhiên đối với các ứng dụng phức tạp, đòi hỏi tốc độ cao, mức độ tích hợp cao thì bản thân 8051 khó đáp ứng được (hoặc ta phải đầu tư thêm chi phí cho việc xử lí ngoại vi,…). PIC thì khác, hãy xem bảng so sánh sau : Bảng 2.1 Bảng so sánh chức năng của PIC16F887 và AT89C51 STT Chức năng PIC16F887A AT89C51 1 I/O 5 Ports 4 Ports 2 Flash Memory 8k 4k 3 EEPROM 256bytes - 4 Timer 3 2 5 Interrupts 15 4 6 ADC 8 channel 10 bit - 7 PWM 2 - 8 Comparator 2 - 9 Instruction set 35 >100 10 Truyền thông SUART,I2C,MSSP,PSP UART Khả năng tích hợp cao của PIC mang lại sự đơn giản nhưng hiệu quả trong thiết kế và lập trình. Tuy vậy PIC không phải là tất cả, khi làm một sản phẩm, tính kinh tế là quan trọng, sử dụng loại vi điều khiển nào mang lại hiệu quả cao nhất là tùy thuộc vào người thiết kế. 2.2 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PIC16F887 2.2.1 Giới thiệu về PIC16F887 Khối xử lí trung tâm mà đóng vai trò chính là PIC16F887 sẽ làm nhiệm vụ chính là tiếp nhận và xử lí các dữ liệu đến và đi một cách tự động. Đề tài sử dụng PIC16F887 vì những ưu điểm vượt trội của nó so với các vi điều khiển khác. Về mặt tính năng và công năng thì có thề xem PIC vượt trội hơn rất nhiều so với 89 với nhiều module được tích hợp sẵn như ADC 10 BIT, PWM 10 BIT, EEPROM 256 BYTE, COMPARATER, VERF COMPARATER…Sử dụng PIC có nhiều thuận lợi hơn trong thiết kế board, khi đó board mạch sẽ nhỏ gọn và đẹp hơn dễ thi công hơn rất nhiều, vì tính về giá cả tổng cộng cho đến lúc thành phẩm thì PIC có thể xem như rẻ hơn 89. Một điều đặc biệt nữa là tất cả các con PIC được sử dụng thì đều có chuẩn PI tức SVTH: Lê Tấn Vàng_Lớp: CCVT06A 10
Thiết kế mạch tự động cân bằng nhiệt độ và điều khiển thiết bị thông qua tin nhắn SMS chuẩn công nghiệp thay vì chuẩn PC (chuẩn dân dụng). Ngoài ngôn ngữ Asembly PIC còn hỗ trợ ngôn ngữ C qua sử dụng CCS, HTPIC, MirkoBasic. Bên cạnh đó với bề dày của sự phát triển lâu đời PIC đã tạo ra rất nhiều diễn đàn sôi nổi về PIC cả trong và ngoài nước. Chính vì vậy chúng ta sẽ có nhiều thuận lợi trong việc dễ dàng tìm kiếm các thông tin lập trình cho các dòng PIC. Dòng PIC16F887 được chọn sử dụng trong đề tài là dòng phổ thông với các tính năng cơ bản và dễ cho việc sử dụng với: - Tập lệnh để lập trình chỉ có 35 lệnh rất dễ nhớ và dễ học, có độ dài 16bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong 1 chu kỳ xung clock. Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 64MHz. - 8 k Flash Rom. - 256 Bytes EEPROM - 4 Port điều khiển vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập, với dòng ra cao có thề kích trực tiếp các transirtor mà không cần qua bộ buffer. - 3 bộ định thời Timer0, Timer1, Timer2. - 1 bộ định thời Timer1 là 16 bit có thể lập trình được. - 2 bộ định thời Timer0, Timer2 là 8 bit có thể hoạt động trong chế độ sleep với nguồn xung clock ngoài. - 2 bộ module CCP (bao gồm Capture bắt giữ, Compare so sánh, PWM điều chế xung 10 bit) và 1 bộ module ECCP. - 1 bộ ADC với 10 kênh ADC 10 bit . - 2 bộ so sánh tương tự hoạt động độc lập. - Bộ giám sát định thời Watchdog timer. - Cổng giao tiếp song song 8 bit với các tín hiệu điều khiển. - Chuẩn giao tiếp nối tiếp MSSP (SPI/I2C) - Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART (AUSART/EUSART) với 9 bit địa chỉ - Hỗ trợ giao tiếp I2C. - 15 nguồn ngắt. - Chế độ sleep tiết kiệm năng lượng. - Chức năng bảo mật chương trình. - Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP (In Circuit Serial Programming) thông qua 2 chân. SVTH: Lê Tấn Vàng_Lớp: CCVT06A 11