Mô hình dàn trãi hệ thống cảnh báo và điều khiển thiết bị qua mạng GSM

z
ỦY BAN NHÂN DÂN TP. HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ

MƠ HÌNH DÀN TRẢI HỆ THỐNG CẢNH BÁO
VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA MẠNG GSM

Đồng chủ nhiệm đề tài: Đồn Chánh Tín
Trần Quốc Trung

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2015

i



MỤC LỤC
TRANG
TRANG TỰA
MỤC LỤC ................................................................................................................... 1
Chƣơng I GIỚI THIỆU .............................................................................................. 4
1.1 Tổng quan . ....................................................................................................... 4
1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngồi nƣớc đã cơng bố. ............................... 7
1.2.1 Các kết quả nghiên cứu trong nƣớc ........................................................... 7
1.2.2 Các kết quả nghiên cứu ngoài nƣớc........................................................... 8
1.3 Sự cần thiết của đề tai ...................................................................................... 9
1.4 Đơn vị, địa bàn tiến hành nghiên cứu .............................................................. 9
1.5 Mục tiêu của nghiên cứu. ................................................................................. 9
1.6 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài ................................................. 10

1.7 Phƣơng pháp nghiên cứu................................................................................ 11
Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VI ĐIỀU KHIỂN, MODULE GSM VÀ TẬP
LỆNH AT .................................................................................................................. 12
2.1 Giới thiệu vi điều khiển P89V51RD2 ............................................................ 12
2.1.1 Tổng quan vi điều khiển P89V51RD2 .................................................... 12
2.1.2 Sơ đồ khối và sơ đồ chân ......................................................................... 13
2.1.3 Chức năng từng chân ............................................................................... 14
2.2 Giới thiêu Module GSM SIM900 .................................................................. 17
2.2.1 Tổng quan Module GSM SIM900 ........................................................... 17
2.2.2 Sơ đồ khối và sơ đồ chân SIM900 ........................................................... 18

1


2.2.3 Chức năng từng chân ...............................................................................19
2.3 Tập lệnh AT....................................................................................................23
2.3.1 Giới thiệu .................................................................................................23
2.3.2 Các lệnh khởi tạo Module GSM sim900 .................................................25
2.3.3 Các lệnh xử lý cuộc gọi ...........................................................................26
2.3.4 Các lệnh về SMS......................................................................................26
Chƣơng 3 THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN HỆ THỐNG GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN
THIẾT BỊ QUA MẠNG GSM. ................................................................................. 30
3.1 Yêu cầu thiết kế. .............................................................................................30
3.2 Sơ đồ khối hệ thống ........................................................................................31
3.3 Thiết kế thi công từng khối chức năng ...........................................................32
3.3.1. Khối nguồn ..............................................................................................32
3.3.2. Khối xử lý trung tâm ................................................................................33
3.3.3. Khối phát cảnh báo ..................................................................................38
3.3.4. Khối cảm biến ..........................................................................................41

3.3.5. Khối hiển thị LCD ...................................................................................45
3.3.6. Khối giao tiếp ngoại vi ............................................................................47
3.3.7. Khối điều khiển thiết bị ...........................................................................51
Chƣơng 4 KẾT QUẢ THỰC HIỆN ..........................................................................54
4.1 Mơ hình thực tế ..............................................................................................54
4.1.1 Sơ đồ thiết kế mạch nguyên lý.................................................................54
4.1.2 Sơ đồ mạch in layout ...............................................................................54
4.1.3 Mạch thi công thực tế ..............................................................................56

2


4.2 Lƣu đồ giải thuật và chƣơng trình điều khiển thiết bị qua mạng GSM. ........ 58
4.2.1 Lƣu đồ giải thuật ...................................................................................... 58
4.2.2 Chƣơng trình ............................................................................................ 59
4.3 Lƣu đồ giải thuật và chƣơng trình phát cảnh báo qua mạng GSM. ............... 60
4.3.1 Lƣu đồ giải thuật ...................................................................................... 60
4.3.2 Chƣơng trình ............................................................................................ 60
4.4 Lƣu đồ giải thuật và chƣơng trình kiểm tra nhiệt độ bằng tin nhắn SMS...... 61
4.4.1 Lƣu đồ giải thuật ...................................................................................... 61
4.4.2 Chƣơng trình ............................................................................................ 61
Chƣơng 5 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ............................................... 62
5.1 Kết luận .......................................................................................................... 62
5.2 Hƣớng phát triển ............................................................................................ 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 63
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 64
Phụ lục 1: ................................................................................................................... 65
Phụ lục 2: ................................................................................................................... 65
Phụ lục 3: ................................................................................................................... 70
Phụ lục 4: ................................................................................................................... 73

Phụ lục 5 .................................................................................................................... 79
Phụ lục 6 .................................................................................................................... 83

3


Chƣơng I

GIỚI THIỆU
1.1

Tổng quan .
Trƣớc sự phát triển nhƣ vũ bão của khoa học kỹ thuật, ngành tự động hóa đã có

những bƣớc tiến lớn. Tự động hóa ngày càng đóng vai trị quan trọng trong việc
tăng năng xuất lao động, giảm giá thành, tăng sự ổn định chất lƣợng của sản phẩm.
Tự động hóa khơng những làm giảm nhẹ sức lao động cho con ngƣời mà cịn góp
phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cải thiện chất lƣợng sản phẩm.
Chính vì thế tự động hóa ngày càng khẳng định đƣợc vị trí cũng nhƣ vai trị của
mình trong các ngành cơng nghiệp và đang đƣợc phổ biến rộng rãi trong các hệ
thống công nghiệp trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng.
Bên cạnh đó, để phục vụ tốt hơn nữa đời sống con ngƣời trong thời điểm xã hội
ngày càng hiện đại và phát triển hiện nay. Thay thế dần con ngƣời làm việc ở những
nơi nguy hiểm, độc hại, hay những nơi con ngƣơi không thể tới đƣợc. Ngành điều
khiển học cũng ra đời nhằm giúp cho việc giải quyết các vấn đề trong lĩnh vực điều
khiển tự động dễ dàng hơn. Một trong những bài toán về điều khiển phổ biến hiện
nay là “điều khiển thiết bị từ xa”. Và đã đƣợc ứng dụng rộng rãi vào cuộc sống hiện
nay nhƣ:
 Điều khiển từ xa bằng hồng ngoại: Đây là cơng nghệ điều khiển chính đƣợc
sử dụng trong gia dụng nhƣ TV, đầu đĩa, quạt, máy lạnh, đồ chơi trẻ em…. Hệ

thống sử dụng ánh sáng hồng ngoại làm môi trƣờng truyền. Gồm 2 thành phần:
phần phát và phần thu. Phần phát thƣờng là một đèn LED phát ra tia hồng ngoại,
phần thứ hai là phần thu có nhiệm vụ nhận tín hiệu hồng ngoại từ phần phát sau
đó giải mã, giải điều chế để đƣa về tín hiệu gốc. Hệ thống hoạt động ở khoảng
cách gần, không thể hoạt động nếu có vật cản giữa bên phát và bên thu, bị phản
xạ nhƣ các loại ánh sang khác, bị hạn chế về góc nhận tín hiệu.

4


 Điều khiển từ xa bằng sóng RF: Là phƣơng pháp điều khiển khá phổ biến
trong đời sống hiện nay, khác với điều khiển hồng ngoại chỉ sử dụng ổn định
trong nhà hoặc nơi khơng có ánh sáng trực tiếp, điều khiển RF có thể sử dụng
đƣợc cả trong nhà lẫn ngoài trời. Ứng dụng trong các hệ thống mở cửa gara, mở
khóa xe máy, xe hơi, hay các thanh chắn tự động…Loại điều khiển này cũng sử
dụng nguyên lý tƣơng tự nhƣ điều khiển bằng hồng ngoại, nhƣng thay vì gửi tín
hiệu đi là ánh sáng nó lại sử dụng sóng vơ tuyến để gửi đi các tín hiệu nhị phân.
Ƣu điểm của điều khiển RF so với điều khiển hồng ngoại là phạm vi điều khiển
rộng, không bị giới hạn bởi góc điều khiển, khoảng cách xa, đồng thời có thể
điều khiển xun tƣờng, xun kính. Tuy nhiên, phƣơng pháp này cũng có mặt
hạn chế là dễ bị nhiễu do có rất nhiều thiết bị sử dụng song vơ tuyến.
 Điều khiển từ xa bằng giọng nói: Đây là phƣơng pháp điều khiển mới và chỉ
đƣợc quan tâm nghiên cứu trong những năm gần đây, hiện nay chƣa có một hệ
thống nhận dạng giọng nói tiếng Việt hồn chỉnh nào, nên phƣơng pháp này vẫn
còn hạn chế. Một hệ thống điều khiển bằng giọng nói thƣờng gồm hai phần: phần
huấn luyện và phần nhận dạng. “Huấn luyện” là quá trình hệ thống học những
mẫu chuẩn đƣợc cung cấp bởi những tiếng khác nhau , để từ đó hình thành một
bộ từ vựng của hệ thống. Còn “Nhận dạng” là quá trình quyết định xem từ nào
đƣợc đọc căn cứ vào bộ từ vựng đã đƣợc huấn luyện, để từ đó đƣa ra quyết định
điều khiễn. Thƣờng đƣợc ứng dụng trong các hệ thống điều khiển cần tính bảo

mật cao nhƣ: mở khóa nhà, mở khóa xe hơi, mở tủ sắt, khởi động máy tính, diện
thoại…
 Điều khiển từ xa qua mạng điện thoại cố định: Đây là phƣơng pháp điều
khiển không bị giới hạn về khoảng cách. Hệ thống sử dụng cơ sở mạng điện thoại
có sẵn ở Việt Nam để làm mơi trƣờng truyền tải tín hiệu điều khiển, có thể sử
dụng ở bất kỳ điện thoại nào, ở bất cứ đâu để điều khiển thiết bị. Đƣợc sử dụng
để điều khiển các thiết bị trong nhà nhƣ nồi cơm điện, máy lạnh, máy bơm nƣớc,
hệ thống tƣới cây….Tuy nhiên, để điều khiển đƣợc phải cần một đƣờng dây line

5


điện thoại cố định, và hiện nay loại điện thoại này cũng đã khơng cịn phổ biến ở
nƣớc ta.
 Điều khiển từ xa thông qua mạng Internet: Với sự phát triển nhƣ vũ bão của
mạng internet hiện nay, rất nhiều ý tƣởng ứng dụng ra đời dựa trên các giải pháp
truy cập internet, một trong những ý tƣởng đó là điều khiển và giám sát thông
qua mạng internet. Đây là một phƣơng pháp hiện đại và phù hợp với xu hƣớng
phát triển công nghiệp ngày nay. Hệ thống sử dụng mạng internet làm mội
trƣờng truyền tải tín hiệu nên khơng bị giới hạn về khoảng cách điều khiển. Các
thiết bị đƣợc điều khiển bằng máy tính hoặc điện thoại di động, tuy nhiên hệ
thống không hoạt động đƣợc ở những nơi khơng có mạng internet.
 Điều khiển từ xa thơng qua mạng di động GSM: Tƣơng tự nhƣ phƣơng pháp
điều khiển qua mạng điện thoại cố định, phƣơng pháp này cũng sử dụng cơ sở hạ
tầng mạng điện thoại có sẵn của nƣớc ta làm môi trƣờng truyền. Hệ thống không
dùng dây line điện thoại cố định để điều khiển mà dùng sóng vơ tuyến để truyền
tín hiệu điều khiển qua mạng GSM. Phƣơng pháp điều khiển này có phạm vi
rộng, không giới hạn khoảng cách, không bị ảnh hƣởng của nhiễu, không phụ
thuộc vào mạng cố định. Đây là phƣơng pháp điều khiển hiện đại, phù hợp với
xu hƣớng phát triển của ngành viễn thông hiện nay. Thƣờng đƣợc ứng dụng

trong các hệ thống nhà thông minh.
Điều khiển thiết bị từ xa có thể là một đề tài phổ biến nhƣng điều khiển thiết bị
qua mạng GSM là một đề tài khá mới. Điều này đặt ra nhiều khó khăn và thách thức
trong việc xây dựng, phát triển và hồn thiện đề tài.
Để việc điều khiển đảm bảo tính chính xác và hoạt động lâu dài thì hệ thống cần
phải có tốc độ xử lý nhanh, hoạt động nhƣ một hệ thống thời gian thực.Vì vậy tốc
độ nhanh và tính chính xác là 2 yếu tố quan trọng nhất trong việc xây dựng và thƣc
hiện hệ thống.

6


1.2

Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố.
1.2.1 Các kết quả nghiên cứu trong nƣớc:
a. “Thiết kế và thi công mạch điều khiển từ xa thiết bị điện thông qua
đường dây điện thoại cố định” của Võ Minh Tuấn:
Trong nghiên cứu này văn tác giả đã kết hợp kỹ thuật lập trình
vi điều khiển 8051 và mạng điện thoại cố định để xây dựng một hệ
thống điều khiển thiết bị từ xa. Các thiết bị điện đƣợc nối song song
với hệ thống và đƣợc điều khiển bằng tín hiệu DTMF trên đƣờng dây
điện thoại. Để điều khiển thiết bị thì ngƣời điều khiển phải gọi đến
máy điện thoại cố định đang kết nối với các thiết bị cần điều khiển,
sau 5 hồi chng khơng có ngƣời nhấc máy thì hệ thống tự động đóng
tải giả để kết nối thông thoại với thuê bao. Sauk hi kết nối thuê bao,
hệ thống sẽ yêu cầu nhập password, nếu sau 7 giây khơng nhập
password thì hệ thống tự động ngắt tải giả kết thúc cuộc gọi.
b. “Điều khiển từ xa bằng sóng RF” của Lê Xuân Tâm.
Ở đề tài này, tác giả tập trung nghiên cứu phƣơng pháp diều

khiển bằng sóng RF. Từ đó, đƣa ra một ứng dụng thực tế là bộ điều
khiển từ xa có thể điều khiển đƣợc 4 thiết bị. Trong đề tài, tác giả sử
dụng kỹ thuật lập trình vi điều khiển PIC16F877A kết hợp với cặp IC
PT2262 và PT2272 để xây dựng hệ thống điêu khiển. Hệ thống sử
dụng IC phát PT2262 để mã hóa tín hiệu điều khiển. Dữ liệu sau khi
mã hóa sẽ đƣợc truyền đi bằng module phát sóng RF ở tần số
315Mhz. Sau đó tín hiệu sẽ đƣợc thu bởi khối thu sóng RF, và đƣợc
giải mã bằng IC 2272 sau đó đƣa về khối xử lý trung tâm là vi điều
khiển PIC16F877A để xử lý. Vi điều khiển nhận tín hiệu đã đƣợc giải
mã và ra lệnh điều khiển các thiết bị thông qua hệ thống relay.
c. “Thiết kế hệ thống nhận dạng âm thanh điều khiển thiết bị dân dụng”
của Lê Quang Anh.

7


Trong đề tài này, tác giả đã đƣa ra một phƣơng pháp điều khiển
thiết bị dùng giọng nói con ngƣời. Thông qua cơ sở lý thuyết nghiên
cứu, tác giả đã xây dựng một hệ thống điều khiển có chức năng nhận
dạng giọng nói qua đó ứng dụng vào việc điều khiển các thiết bị điện
dân dụng trong gia đình. Đề tài sử dụng phƣơng pháp nhận biết giọng
nói phụ thuộc ngƣời nói, do chính ngƣời sử dụng hệ thống đó huấn
luyện để điều khiển. Hệ thống sử dụng IC HM2007 để điều chế phổ
âm, xử lý giọng nói và điều khiển các chức năng. Hệ thống có thể
nhận biết 40 từ.
1.2.2 Các kết quả nghiên cứu ngoài nƣớc.
Ở các nƣớc khác trên thế giới, các nghiên cứu đã tiếp cận đề tài theo nhiều
hƣớng khác nhau, trong đó có những cơng trình nghiên cứu nổi bật sau:
a. “GSM car security system” của Mohd Azwan Bin Ramlan
Nghiên cứu này xây dựng một hệ thống cảnh báo trong xe hơi, ứng

dụng vi điều khiển PIC 18F4550 kết hợp với modem GSM. Hệ thống cho
phép giám sát vị trí của xe hơi thơng qua tin hắn SMS, đề tài là sự kết hợp kỹ
thuật lập trình C, vi điều khiển và mạng GSM.
b. “Protocol Design for Control Applications using Wireless Sensor
Networks” của Pangun Park
Trong nghiên cứu này các tác giả đã đề xuất một giao thức mạng mới
để điều khiển các thiết bị công nghiệp thông qua một mạng cảm biến
không dây WSN. Các giao thức đƣợc thiết kế để giảm thiểu sự tiêu hao
năng lƣợng của mạng, tăng độ tin cậy và thời gian đáp ứng của hệ thống.
Các thông số của giao thức đƣợc đƣa ra để giải quyết các vấn đề tối ƣu
hóa hệ thống. Các tác giả đã sử dụng giao thức IEEE 802.15.4 cho việc
truyền gói tin một cách hiệu quả, đáng tin cậy, ít tổn hao năng lƣợng. Từ
đó kéo dài thời gian tuổi thọ cho các thiết bị công nghiệp.

8


1.3

Sự cần thiết của đề tai

- Lý do chọn đề tài:
+ Tính thời sự của đề tài: Ngày nay,xã hội ngày càng phát triển thì những ứng dụng
khoa học kỹ thuật vào đời sống và sản xuất củng đƣợc phát triển một cách nhanh
chóng, đặc biệt là lĩnh vực điện tử đã phát triển rất mạnh mẽ. Qua đó góp phần nâng
cao đời sống con ngƣời, có chất lƣợng tốt hơn, năng suất cao hơn mà không cần hao
tốn nhiều sức lao động, thời gian .v.v
+ Tính cấp thiết của đề tài: đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, nâng cao
chất lƣợng đào tạo.
- Đề tài xây dựng một hệ thống giúp con ngƣời có thể quản lý, điều khiển các thiết

bị trong nhà của mình , đồng thời cảnh báo đột nhập ở bất kỳ nơi nào có sóng điện
thoại, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con ngƣời.
1.4

Đơn vị, địa bàn tiến hành nghiên cứu

- Khoa Điện – Điện Tử, Trƣờng Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức, Bộ môn Điện tử,
Điện tử viễn Thông
1.5

Mục tiêu của nghiên cứu.
- Hiện nay, hệ thống điều khiển, giám sát thiết bị từ xa thông qua mạng GSM đã

đƣợc ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Nhƣng phƣơng pháp này chỉ mới xuất hiện ở
Việt Nam trong vài năm gần đây, và đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các cơng ty,
xí nghiệp, hộ gia đình… Xuất phát từ thực tiễn ấy, đề tài đƣợc nghiên cứu nhằm
cung cấp cho sinh viên trƣờng Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức đƣợc tiếp cận với
phƣơng pháp điều khiển hiện đại này, qua đó sinh viên có cái nhìn trực quan, nắm
rõ nguyên lý hoạt động của hệ thống để áp dụng vào thực tiễn cuộc sống sau khi ra
trƣờng.

9


- Đề tài nghiên cứu, xây dựng một mơ hình dàn trải hệ thống điều khiển, giám
sát thiết bị từ xa thông qua mạng GSM. Hệ thống đƣợc thiết kế theo kiểu module
riêng lẻ, các module đƣợc kết nối hoặc ngắt với bộ xử lý trung tâm thông qua các
jumper, tạo điều khiện thuận lợi cho sinh viên có thể dễ dàng thực hành. Yêu cầu
của hệ thống là phải hoạt động ổn định, đáp ứng thời gian thực, dễ dàng tháo lắp
các module.

- Mơ hình đƣợc xây dựng trên cơ sở lập trình vi điều khiển 8051, đây là loại vi
điều khiển đang đƣợc ứng dụng giảng dạy tại khoa Điện-Điện Tử trƣờng Cao Đẳng
Công Nghệ Thủ Đức, kết hợp với module GSM SIM900, qua đó giúp cho sinh viên
thấy đƣợc ứng dụng nghề nghiệp của môn học, tạo hứng thú cho sinh viên học tập
và nghiên cứu. Hệ thống đƣợc lập trình bằng ngơn ngữ C hoặc Assembly dựa trên
tập lệnh AT để điều khiển module GSM. Mục tiêu của đề tài thực hiện các công
việc sau đây:
- Tìm hiểu module GSM SIM900, vi điều khiển AT89C51
- Tìm hiểu lập trình module GSM thơng qua tập lệnh AT
- Xây dựng sơ đồ khối mơ hình điều khiển thiết bị từ xa dùng tin nhắn điện thoại
SMS
- Thiết kế sơ đồ ngun lý mơ hình điều khiển thiết bị từ xa dùng tin nhắn điện
thoại SMS
- Thi công dàn trải mơ hình điều khiển thiết bị từ xa dùng tin nhắn điện thoại SMS
- Viết báo cáo khoa học
1.6

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

- Đối tƣợng: Vi điều khiển AT89C51, Module GSM SIM900, mạng GSM, Kỹ
thuật lập trình trên tập lệnh AT.

10


- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết, xây dựng mơ hình thực tế.
1.7

Phƣơng pháp nghiên cứu

- Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết: tìm kiếm thơng tin từ sách ,báo, tạp chí cơng
nghệ, internet
- Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm: Từ những kiến thức thu thập đƣợc tiến
hành lắp ráp, khảo sát nhiều mạch cảnh báo, điều khiển khác nhau để từ đó đƣa ra
mạch tối ƣu nhất.

11


Chƣơng 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VI ĐIỀU KHIỂN,
MODULE GSM VÀ TẬP LỆNH AT
2.1

Giới thiệu vi điều khiển P89V51RD2
2.1.1 Tổng quan vi điều khiển P89V51RD2
Vi điều khiển P89V51RD2 là một họ của dịng 8051, hỗ trợ 64KB bộ nhớ

chƣơng trình , 1KB bộ nhớ RAM. Đặc điểm nổi bật của vi điều khiển này là cho
phép ngƣời lập trình có thể chọn chế độ hoạt động của vi điều khiển ở hai tốc độ
khác nhau. Một tốc độ bằng tần số thạch anh chia 12 và tốc độ thứ hai bằng tần số
thạch anh chia 6. Bộ nhớ chƣơng trình cho phép nạp ở hai chuẩn, chuẩn song song
và chuẩn ISP. Đồng thời bộ nhớ chƣơng trình đƣợc tích hợp chức năng IAP ( In
Application Programmable) cho phép cấu hình lại bộ nhớ ngay khi chƣơng trình
đang chạy. Vi điều khiển có các chức năng cơ bản sau :
-

Bộ xử lý trung tâm (CPU) 80C51

-

Hoạt động ở điện áp 5V, tần số từ 0Mhz đến 40Mhz

-

64KB bộ nhớ flash cho phép nạp ISP và IAP

-

Hỗ trợ tốc độ 12 xung clock một chu kỳ máy (mặc định) hoặc 6 xung
clock một chu kỳ máy (đƣợc lựa chọn bằng phần mềm hoặc ISP)

-

Giao tiếp chuẩn SPI và UART

-

PCA (Programmable Counter Array) với điều chế độ rộng xung PWM

-

4 port xuất nhập I/O 8 bit, trong đó có 3 port cho dịng ra lớn (16 mA
mỗi chân)

-

3 bộ timer/counter 16 bit

-

Watchdog timer có thể lập trình đƣợc

-

8 nguồn ngắt với 4 mức ƣu tiên

-

2 thanh ghi DPTR

-

Tự động phát hiện nguồn yếu

-

Tƣơng thích mức điện áp TTL và CMOS

12


2.1.2 Sơ đồ khối và sơ đồ chân

Hình 1: Sơ đồ khối vi điều khiển P89V51RD2

Hình 2: Sơ đồ chân điều khiển P89V51RD2

13

2.1.3 Chức năng từng chân
- Port P0 (P0.0-P0.7) : Từ chân 39 đến chân 32, là port xuất nhập hai chiều cực
máng để hở 8 bit. Khi mức 1 đƣợc ghi vào chân của port P0 thì các chân này có
chức năng nhƣ các ngõ nhập có tổng trở vào cao. Port P0 có thể đƣợc cấu hình để
kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu khi truy cập đến bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ
chƣơng trình ngồi, ở chế độ này P0 có các điện trở kéo lên bên trong. P0 nhận các
byte mã chƣơng trình khi lập trình, và xuất ra các byte mã khi kiểm tra chƣơng
trình. Để kiểm tra chƣơng trình cần có các điện trở kéo lên bên ngoài.
+ P0.0/AD0 : Chân xuất nhập, Port 0 bit 0, địa chỉ/dữ liệu bit 0
+ P0.1/AD1 : Chân xuất nhập, Port 0 bit 1, địa chỉ/dữ liệu bit 1
+ P0.2/AD2 : Chân xuất nhập, Port 0 bit 2, địa chỉ/dữ liệu bit 2
+ P0.0/AD3 : Chân xuất nhập, Port 0 bit 3, địa chỉ/dữ liệu bit 3
+ P0.0/AD4 : Chân xuất nhập, Port 0 bit 4, địa chỉ/dữ liệu bit 4
+ P0.0/AD5 : Chân xuất nhập, Port 0 bit 5, địa chỉ/dữ liệu bit 5
+ P0.0/AD6 : Chân xuất nhập, Port 0 bit 6, địa chỉ/dữ liệu bit 6
+ P0.0/AD7 : Chân xuất nhập, Port 0 bit 7, địa chỉ/dữ liệu bit 7
- Port 1 (P1.0-P1.7) : Từ chân 1 đến chân 8, là port xuất nhập, có điện trở nội
kéo lên nguồn bên trong. Khi đặt mức 1 vào chân của port 1, chúng đƣợc kéo lên
mức cao bởi các điện trở nội và có thể đƣợc dùng nhƣ các ngõ nhập. Nếu đóng vai
trị là ngõ nhập, các chân của port 1 cho dịng ra lớn 16mA. Port 1 cũng đóng vai trò
là ngõ vào của địa chỉ bye thấp ở chế độ lập trình cho ROM và kiểm tra.
+ P1.0/T2 : Chân xuất nhập, Port 1 bit 0, ngõ vào đếm của timer/counter 2,
hoặc ngõ ra xung (Clock out) của timer/counter 2.
+ P1.1/T2EX :

Chân nhập, Port 1 bit 1, điều hƣớng và khởi động

timer/counter 2 ở chế độ Capture/Reload.

+ P1.2/ECI: Chân nhập, Port 1 bit 2, ngõ vào xung nhịp, tín hiệu này là
nguồn xung nhịp ngoài cho chức năng PCA
+ P1.3/CEX0: Chân xuất nhập, Port 1 bit 3, ngõ xuất nhập bên ngoài của
Capture/compare cho PCA module 0.

14


+ P1.4/̅̅̅/CEX1: Chân xuất nhập, Port 1 bit 4, chọn cổng phụ vào cho SPI,
ngõ xuất nhập bên ngoài của Capture/compare cho PCA module 1.
+ P1.5/MOSI/CEX2: Chân xuất nhập, Port 1 bit 5, ngõ ra chính, ngõ vào phụ
cho SPI, ngõ xuất nhập bên ngoài của Capture/compare cho PCA module 2.
+ P1.6/MOSI/CEX3: Chân xuất nhập, Port 1 bit 6, ngõ ra chính, ngõ vào phụ
cho SPI, ngõ xuất nhập bên ngoài của Capture/compare cho PCA module 3.
+ P1.7/SPICLK/CEX4: Chân xuất nhập, Port 1 bit 7, xung nối tiếp vào/ra
cho SPI, ngõ xuất nhập bên ngoài của Capture/compare cho PCA module 4.
- Port 2 ( P2.0-P2.7): Từ chân 21 đến 28, là port xuất nhập 8 bit, có điện trở nội
kéo lên nguồn. Các chân của port 2 đƣợc kéo lên mức cao bởi các điện trở treo bên
trong khi đặt mức 1 vào chúng, ở chế độ này chúng đƣợc sử dụng nhƣ các ngõ vào.
Khi nối các chân port 2 xuống mass sẽ cung cấp một dòng lớn qua nó, lúc này các
chân có tác dụng nhƣ nguồn dịng. Port 2 gửi các byte cao địa chỉ trong quá trình
thực thi chƣơng trình từ bộ nhớ ngồi và q trình truy cập dữ liệu bộ nhớ ngồi sử
dụng 16 bit địa chỉ. Port 2 cũng nhận các tín hiệu điều khiển và các bit địa chỉ khi
lập trình và kiểm tra.
+ P2.0/A8 : Chân xuất nhập, Port 2 bit 0, địa chỉ bit 8
+ P2.1/A9 : Chân xuất nhập, Port 2 bit 1, địa chỉ bit 9
+ P2.2/A10 : Chân xuất nhập, Port 2 bit 2, địa chỉ bit 10
+ P2.3/A11 : Chân xuất nhập, Port 2 bit 3, địa chỉ bit 11
+ P2.4/A12 : Chân xuất nhập, Port 2 bit 4, địa chỉ bit 12
+ P2.5/A13 : Chân xuất nhập, Port 2 bit 5, địa chỉ bit 13

+ P2.6/A14 : Chân xuất nhập, Port 2 bit 6, địa chỉ bit 14
+ P2.7/A15 : Chân xuất nhập, Port 2 bit 7, địa chỉ bit 15
- Port 3 (P3.0-P3.7) : Từ chân 10 đến chân 17, tƣơng tự nhƣ port 2, đây là port
xuất nhập 8 bit có điện trở nội kéo lên nguồn. Các chân của port 3 đƣợc kéo lên
mức cao bởi các điện trở treo bên trong khi đặt mức 1 vào chúng, ở chế độ này
chúng đƣợc sử dụng nhƣ các ngõ vào. Khi nối các chân port 3 xuống mass sẽ cung

15


cấp một dịng lớn qua nó, lúc này các chân có tác dụng nhƣ nguồn dịng. Port 3
cũng nhận các tín hiệu điều khiển và các bit địa chỉ khi lập trình và kiểm tra.
+ P3.0/RXD : Chân nhập, Port 3 bit 0, ngõ vào của port nối tiếp
+ P3.1/TXD : Chân xuất, Port 3 bit 1, ngõ ra của port nối tiếp
+ P3.2/̅̅̅̅̅̅̅ : Chân nhập, Port 3 bit 2, ngõ vào của ngắt ngoài 0
+ P3.3/̅̅̅̅̅̅̅ : Chân nhập, Port 3 bit 3, ngõ vào của ngắt ngoài 1
+ P3.4/T0 : Chân xuất nhập, Port 3 bit 4, ngõ vào đếm của timer/counter 0
+ P3.5/T1 : Chân xuất nhập, Port 3 bit 5, ngõ vào đếm của timer/counter 1
+ P3.6/̅̅̅̅̅ : Chân xuất, Port 3 bit 6, điều khiển ghi vào bộ nhớ dữ liệu ngoài
+ P3.7/̅̅̅̅ : Chân xuất, Port 3 bit 7, điều khiển đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài
- Chân ̅̅̅̅̅̅̅ ( Program Store Enable) : Chân 29, chân xuất nhập. Khi sử dụng bộ
nhớ chƣơng trình bên trong vi điều khiển thì chân ̅̅̅̅̅̅̅ khơng hoạt động (ở mức
cao). ̅̅̅̅̅̅̅ đƣợc tích cực 2 lần trong mỗi chu kỳ máy, ngoại trừ sự kích hoạt ̅̅̅̅̅̅̅
đƣợc bỏ qua trong khi kết nối bộ nhớ chƣơng trình ngồi. Khi thay đổi cƣỡng bức
từ mức cao sang mức thấp khi chân RTS đang ở mức cao trong 10 chu kỳ máy sẽ
đƣa vi điều khiển sang chế độ lập trình bộ nhớ ngồi.
- Chân RST (Reset): Chân 9, chân nhập. Khi bộ dao động đang chạy, nếu đặt
mức cao vào chân này trong 2 chu kỳ máy thì vi điều khiển sẽ đƣợc reset. Nếu chân
̅̅̅̅̅̅̅ đƣợc chuyển từ mức cao xuống mức thấp trong khi chân RST vẫn ở mức cao
thì vi điều khiển sẽ vào chế độ chạy chƣơng trình từ bộ nhớ ngồi, nếu chân ̅̅̅̅̅̅̅

khơng đổi thì vi điều khiển vào trạng thái bình thƣờng, đọc chƣơng trình từ bộ nhớ
nội.
- Chân ̅̅̅̅ (External Access Enable): Chân 31, chân nhập. Chân ̅̅̅̅ phải đƣợc
nối lên nguồn VSS để cho phép vi điều khiển thực thi lệnh từ bộ nhớ ngoài. Để thực
thi lệnh từ bộ nhớ trong chân ̅̅̅̅ phải đƣợc nối lên nguồn VDD. Chân ̅̅̅̅ có thể chịu
điện áp 12V.
- Chân ALE/̅̅̅̅̅̅̅̅: Chân 30, chân nhập xuất. ALE xuất tín hiệu khóa các byte
thấp địa chỉ khi truy cập bộ nhớ ngoài. Chân này cũng là chân ngõ vào xung lập
trình (̅̅̅̅̅̅̅̅) khi lập trình flash. Thƣờng thì chân ALE phát ra một tần số cố định

16


bằng 1/6 tần số dao động thạch anh và thƣờng đƣợc dùng làm xung clock cho các
bộ timer ngoài. Khi bit AO bằng 1 thì chân ALE bị vơ hiệu hóa.
- Chân XTAL1 : Chân 19, chân nhập. Ngõ vào của bộ khuếch đại dao động và
ngõ vào cùa mạch tạo xung nội.
- Chân XTAL2 : Chân 18, chân xuất. Ngõ ra của bộ khuếch đại dao động
- Chân VDD : Chân 40, chân nhập. Chân này nối với nguồn cung cấp
- Chân VSS : Chân 20, nhân nhập. Chân này nối với GND
2.2

Giới thiêu Module GSM SIM900
2.2.1 Tổng quan Module GSM SIM900
SIM900 là một module GSM đƣợc phát triển cho thị trƣờng toàn cầu, hoạt

động trên 4 băng tần : GSM 850Mhz, EGSM 900Mhz, DCS 1800Mhz, PCS
1900Mhz. Hỗ trợ chuẩn GPRS class 10, GPRS class 8 đƣợc mã hóa theo chuẩn CS1, CS-2, CS-3, CS-4. Với kích thƣớc nhỏ gọn 24x24x3 mm SIM900 phù hợp với
hầu hết các ứng dụng của ngƣời dùng nhƣ giao tiếp M2M, điện thoại thơng minh,
PDA và các thiết bị di động. SIM900 có 68 chân dán SMT, và cung cấp các giao

tiếp phần cứng giữa module và board ứng dụng của ngƣời dùng nhƣ :
- Cổng nối tiếp, cổng debug giúp ngƣời dùng dễ dàng phát triển các ứng
dụng
- Cổng audio gồm một ngõ vào microphone và một ngõ ra bộ nhận tín hiệu
- Các chân lập trình theo mục đích GPIO
- Giao tiếp bàn phím và hiển thị chuẩn SPI
SIM900 đƣợc thiết kế với kỹ thuật tiết kiệm năng lƣợng, dòng tiêu thụ chỉ 1
mA khi ở chế độ sleep mode. Module đƣợc tích hợp chuẩn giao thức TCP/IP và
TCP/IP mở rộng dùng tập lệnh AT giúp cho việc truyền dữ liệu trong các ứng dụng
đƣợc dễ dàng hơn. SIM900 có thể hoạt động ở cả 2 mức điện áp TTL là 5V (8051,
AVR, PIC) hoặc 3.3V (ARM), tốc độ truyền dữ liệu từ 9600 (mặc định) đến 115200
đƣợc cài đặt bởi tập lệnh AT. Ngày nay, SIM900 đƣợc dùng rộng rãi ở các nƣớc sử
dụng băng tần GSM900 và GSM1800 nhƣ : Châu Âu, các nƣớc Trung Đông, Châu

17


Phi, Úc, và các nƣớc Asia…. SIM900 cũng đƣợc dùng rộng rãi ở các nƣớc sử dụng
băng tần GSM850, GSM1900 nhƣ : Canada, Mỹ, và các nƣớc Châu Mỹ.
2.2.2 Sơ đồ khối và sơ đồ chân SIM900

Power
Supply

Power Management Unit

Radio
Frequency

RTC

Digital
Interface

Analog
Interface
Audio

Analog
Base Band

Digital Base
Band

SIM
UART

ADC

Keypad
/ GPIO
PWM
I2C

FLASH
LCD

Hình 3 : Sơ đồ khối SIM900

18

Hình 4 : Sơ đồ chân SIM900
2.2.3 Chức năng từng chân
SIM900 đƣợc thiết kế theo kiểu chân dán, gồm 68 chân và có chức năng nhƣ
sau :
- Các chân nguồn cung cấp :
+ Chân VBAT : Chân số 55,56,57, là chân nhập. Cung cấp nguồn cho
SIM900 hoạt động
+ Chân VRTC: Chân số 26, chức năng nhập xuất, cung cấp nguồn cho đồng
hồ thời gian thực RTC, thƣờng chân này đƣợc nối với nguồn pin hoặc một tụ 4,7uF.

19


+ Chân VDD_EXT: Chân số 15, chức năng xuất, cung cấp điện áp 2,8V.
Nếu khơng dùng chân này thì bỏ trống
+ Chân GND: Chân số 17, 18, 29, 39, 45, 46, 53, 54, 58, 59, 61, 62, 63, 64,
65, Chức năng nối mass.
- Chân PWRKEY: Chân số 1, chức năng nhập. Tắt mở nguồn cho SIM900.
Chân PWRKEY phải đƣợc kéo xuống mức thấp ít nhất 1 giây để bật hoặc tắt
SIM900. Chân này bình thƣờng nối lên nguồn bên trong.
- Các chân giao tiếp Audio:
+ Chân MIC_P: Chân số 19, chức năng nhập, ngõ vào vi sai âm thanh
+ Chân MIC_N: Chân số 20, chức năng nhập, ngõ vào vi sai âm thanh
+ Chân SPK_P: Chân số 21, chức năng nhập, ngõ ra vi sai âm thanh
+ Chân SPK_N: Chân số 22, chức năng nhập, ngõ ra vi sai âm thanh
+ LINEIN_R: Chân số 23, chức năng nhập, ngõ vào tín hiệu âm thanh
+ LINEIN_L: Chân số 24, chức năng nhập, ngõ vào tín hiệu âm thanh
Nếu các chân này khơng sử dụng thì bỏ trống

- Các chân báo trạng thái:
+ Chân STATUS: Chân số 66, chức năng xuất, báo hiệu SIM900 đã đƣợc bật
nguồn.
+ Chân NETLIGHT: Chân số 52, chức năng xuất, báo hiệu SIM900 đã dị
đƣợc mạng.
Nếu khơng sử dụng các chân này thì bỏ trống
- Các chân giao tiếp LCD:
+ Chân DISP_CLK: Chân số 11, chức năng xuất, giao tiếp chuẩn SPI
+ Chân DISP_DATA: Chân số 12, chức năng nhập xuất, giao tiếp chuẩn SPI
+ Chân DISP_D/C: Chân số 13, chức năng xuất, giao tiếp chuẩn SPI
+ Chân DISP_CS: Chân số 14, chức năng xuất, giao tiếp chuẩn SPI
Các chân này nếu khơng sử dụng thì bỏ trống, nếu sử dụng phải update
firmware từ SIMCOM.

20


- Các chân giao tiếp chuẩn I2C:
+ Chân SDA: Chân số 37, chân xuất, bus dữ liệu nối tiếp chuẩn I2C
+ Chân SCL: Chân số 38, chân nhập xuất, bus xung clock nối tiếp chuẩn I2C
Nếu các chân này không sử dụng thì bỏ trống
- Các chân giao tiếp phím nhấn, lập trình chức năng GPIO:
+ Chân GPIO5/KBR0: Chân số 44, chức năng nhập xuất, chân lập trình chức
năng số 5, phím nhấn hàng 0.
+ Chân GPIO4/KBR1: Chân số 43, chức năng nhập xuất, chân lập trình chức
năng số 4, phím nhấn hàng 1.
+ Chân GPIO3/KBR2: Chân số 42, chức năng nhập xuất, chân lập trình chức
năng số 3, phím nhấn hàng 2.
+ Chân GPIO2/KBR3: Chân số 41, chức năng nhập xuất, chân lập trình chức
năng số 2, phím nhấn hàng 3.

+ Chân GPIO1/KBR4: Chân số 40, chức năng nhập xuất, chân lập trình chức
năng số 1, phím nhấn hàng 4.
+ Chân GPIO9/KBC1: Chân số 50, chức năng nhập xuất, chân lập trình chức
năng số 9, phím nhấn cột 1.
+ Chân GPIO8/KBC2: Chân số 49, chức năng nhập xuất, chân lập trình chức
năng số 8, phím nhấn cột 2.
+ Chân GPIO7/KBC3: Chân số 48, chức năng nhập xuất, chân lập trình chức
năng số 7, phím nhấn cột 3.
+ Chân GPIO6/KBC4: Chân số 47, chức năng nhập xuất, chân lập trình chức
năng số 6, phím nhấn cột 4.
+ Chân GPIO10: Chân số 51, chức năng nhập xuất, chân lập trình chức năng
thứ 10
+ Chân GPIO11: Chân số 67, chức năng nhập xuất, chân lập trình chức năng
thứ 11
+ Chân GPIO12: Chân số 68, chức năng nhập xuất, chân lập trình chức năng
thứ 12

21


Các chân này khơng sử dụng thì bỏ trống.
- Các chân giao tiếp chuẩn nối tiếp:
+ Chân RXD: Chân số 10, chân nhập, chức năng nhận dữ liệu
+ Chân TXD: Chân số 9, chân xuất, chức năng truyền dữ liệu
+ Chân RTS: Chân số 8, chân nhập, chức năng yêu cầu gửi
+ Chân CTS: Chân số 7, chân xuất, chức năng xóa để gửi
+ Chân DCD: Chân số 5, chân xuất, chức năng phát hiện dữ liệu
+ Chân RI: Chân số 4, chân xuất, chức năng báo hiệu
+ Chân DTR: Chân số 3, chân nhập, chức năng báo dữ liệu sẵn sang
Các chân này khơng sử dụng thì bỏ trống

- Các chân giao tiếp sửa lỗi:
+ Chân DBG_TXD: Chân số 27, chân xuất, chức năng sửa lỗi và nâng cấp
firmware
+ Chân DBG_RXD: Chân số 28, chân nhập, chức năng sửa lỗi và nâng cấp
firmware
Các chân này khơng sử dụng thì bỏ trống
- Các chân giao tiếp SIM:
+ Chân SIM_VDD: Chân số 30, chân xuất, chức năng cung cấp điện áp cho
SIM card, hỗ trợ SIM card 1,8V và SIM card 3V
+ Chân SIM_DATA: Chân 31, chân xuất nhập, chức năng nhập xuất dữ liệu
cho SIM
+ Chân SIM_CLK: Chân số 32, chân xuất, cung cấp xung clock cho SIM
+ Chân SIM_RST: chân số 33, chân xuất, reset cho SIM
+ Chân SIM_PRESENCE: Chân số 34, chân nhập, báo phát hiện SIM card
Các chân này nên nối với các diode TVS để chống hiện tƣợng phóng tĩnh
điện
- Chân ADC: Chân số 25, chân nhập, chức năng chuyển đổi tín hiệu Analog
sang Digital, mức điện áp vào Analog từ 0V đến 2,8V. Nếu không sử dụng thì bỏ
trống.

22


- Chân NRESET: Chân số 16, chân nhập, ngõ vào reset, tích cực mức thấp, nên
nối chân này với tụ 100nF.
- Các chân điều chế độ rộng xung:
+ Chân PWM1: Chân số 35, chân xuất, điều chế PWM
+ Chân PWM2: Chân số 36, chân xuất, điều chế PWM
Các chân này khơng sử dụng thì bỏ trống
- Chân RF_ANT: Chân 60, chân nhập xuất, kết nối với dây tín hiệu của ănten

trở kháng ănten 50Ω
- Chân NC: Chân 2,6 bỏ trống
2.3

Tập lệnh AT
2.3.1 Giới thiệu
Các modem đƣợc sử dụng từ những ngày đầu của sự ra đời của máy tính.
Từ “modem” là một từ đƣợc hình thành từ hai từ modulator và demodulator. Và
định nghĩa đặc trƣng này cũng giúp chúng ta hình dung đƣợc phần nào cơng
việc thiết bị này thực hiện, đó là điều chế và giải điều chế tín hiệu. Dữ liệu số
gửi đi từ một thiết bị đầu cuối đƣợc điều chế thành tín hiệu tƣơng tự để nó có thể
đƣợc truyền đi xa qua các đƣờng dây truyền dẫn . Ở phía bên kia của đƣờng dây,
một modem thứ hai có nhiệm vụ giải điều chế tín hiệu tƣơng tự đó thành tín hiệu
số và đƣa vào thiết bị đầu cuối để xử lý.
Các modem đầu tiên chỉ có chức năng gửi và nhận dữ liệu. Để thiết lập kết
nối thì cần phải có một thiết bị thứ hai là thiết bị quay số (dialer). Đôi khi có thể
thiết lập kết nối bằng tay bằng cách quay số điện thoại cần gọi và modem đƣợc
bật lên khi đã kết nối cuộc gọi. Điều này không là vấn đề gì ở thời kỳ đầu, khi
mà máy tính đƣợc vận hành bằng tay bởi các kỹ thuật viên và chi phí một cuộc
gọi là khơng đáng kể so với chi phí của các thiết bị đầu cuối, modems, hoặc máy
tính lớn.
Nhƣ trong chuẩn truyền RS232 miêu tả một kênh truyền thơng với bộ kết
nối 25 chân DB25, nó đƣợc thiết kế để thực thi quá trình truyền các lệnh điều
khiển đến modem đƣợc kết nối với nó, nó bao gồm cả các lệnh quay một số

23