THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA HỆ THÓNG SMS DÙNG MODULE SIM 908 VÀ VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO

TỔNG LIÊN ĐỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐIỀU
KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN QUA HỆ
THỐNG SMS DÙNG MODULE SIM 908
VÀ VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO

Người hướng dẫn

: TS VÕ ĐÌNH TÙNG

Người thực hiện : NGUYỄN MINH NHẬT
Lớp

: 08DD2D
Khố

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2014

i

: 12


Hồ Chí
LỜITP.
CẢM

ƠNMinh, ngày tháng năm
Tác giả
Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý
Thầy - Cô khoa Điện - Điện Tử, những thầy cô đã tận tình hƣớng
dẫn, giảng dạy em trong suốt thời gian vừa qua. Em xin cảm ơn
Thầy TS.VÕ ĐÌNH TÙNG đã hết lịng hƣớng dẫn và giúp đỡ em
hồn thành tốt và đúng tiến độ Đồ Án Tốt Nghiệp về đề tài này.
Trong suốt hơn 4 năm học, em đã học hỏi và tiếp thu đƣợc
những kiến thức chuyên ngành do thầy cô khoa Điện - Điện tử
giảng dạy. Và hiện tại kết thúc khóa học là đồ án tốt nghiệp để
kiểm nghiệm những gì đã học đƣợc. Cuối cùng em gửi tới thầy cô
khoa Điện – Điện tử và GVHD lời chúc sức khỏe để sau này
hƣớng dẫn và trợ giúp thế hệ sau tiếp bƣớc.

TP HCM, tháng 12 năm 2014
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Minh Nhật

i


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH
TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi và đƣợc sự
hƣớng dẫn khoa học của thầy TS Võ Đình Tùng. Các nội dung nghiên cứu, kết quả
trong đề tài này là trung thực và chƣa cơng bố dƣới bất kỳ hình thức nào trƣớc đây.
Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá
đƣợc chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu
tham khảo.
Ngồi ra, trong luận văn cịn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng nhƣ số

liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn
gốc.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tơi xin hồn tồn chịu trách
nhiệm về nội dung luận văn của mình. Trƣờng đại học Tôn Đức Thắng không
liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong q trình
thực hiện (nếu có).

TP. Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 12 năm 2014
Tác giả
(ký tên và ghi rõ họ tên)

ii


NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên : Nguyễn Minh Nhật
Lớp: 08DD2D

MSSV: 081472D

1. Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN
QUA HỆ THỐNG SMS DÙNG MODULE SIM 908 VÀ VI ĐIỀU KHIỂN
ARDUINO.
2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):
- Tìm hiểu tổng quan mạng GSM và hệ thống tin nhắn SMS.
- Tìm hiểu module Sim 908
- Tìm hiểu về vi điều khiển Arduino
- Thi công mạch và viết chƣơng trình
- Hồn thiện và viết báo cáo
3. Ngày giao nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp: 05/09/2014

4. Ngày bảo vệ 50% đồ án tốt nghiệp: 03/11 - 09/11/2014.
5. Ngày hoàn thành và nộp về khoa: 04/01/2015
6. Giáo viên hƣớng dẫn:

Phần hƣớng dẫn:

1 TS Võ Đình Tùng
2. ................................................

.........................................................

3. ................................................

.........................................................

Nội dung và yêu cầu DATN đã đƣợc thông qua Khoa và Bộ mơn
Ngày tháng năm 2014
CHỦ NHIỆM BỘ MƠN

GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN

TRƢỞNG KHOA

iii


TRƢỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG
KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ
-------------------

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----------------------

LỊCH TRÌNH LÀM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Nguyễn Minh Nhật
Lớp: 08DD2D

MSSV: 081472D

Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN
QUA HỆ THỐNG SMS DÙNG MODULE SIM 908 VÀ VI ĐIỀU KHIỂN
ARDUINO.
Tuần / ngày

Nội dung

Xác nhận
GVHD

Tuần 1
1/10 - 07/10

Tìm hiểu tổng quan về cơng nghệ GSM.

Tuần 2
08/10 - 14/10

Tìm hiểu về cấu trúc tin nhắn SMS.

Tuần 3 - 4
15/10 - 28/10

Tìm hiểu về Modul Sim908 và tập lệnh AT.

Tuần 5
29/10 - 05/10

Tổng quan về vi điều khiển Intel Galieo và phần mềm
Arduino IDE

Tuần 6 - 8
06/11 - 19/11

Thiết kế phần cứng ( Mạch nguyên lý và Thi công
mạch)

Tuần 9 – 10
20/11 - 3/12

Lập trình điều khiển và giám sát kiểm tra thiết bị.

Tuần 11
04/11 – 10/12

Chạy thử, hiệu chỉnh và hoàn thiện mạch.

Tuần 12
11/12 – 16/12

Tiến hành viết báo cáo luận văn.

Thời gian cịn
lại

Chuẩn bị kế hoạch trình bày và bảo vệ luận văn.

GV HƢỚNG DẪN

iv


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH .................................................................................. VIII
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ..................................................................................... X
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT................................................................................ XI
CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ MẠNG DI ĐỘNG GSM ..............................................1
1.1

TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ GSM ..............................................................................1

1.1.1

Giới thiệu về cơng nghệ GSM .............................................................................1

1.1.2

Đặc điểm mạng di động GSM .............................................................................3

1.1.3

Cấu trúc hệ thống mạng GSM .............................................................................4

1.2

1.1.3.1

Cấu trúc tổng quát ........................................................................................4

1.1.3.2

Các thành phần của công nghệ mạng GSM .................................................5

1.1.3.3

Sự phát triển của công nghệ GSM ở Việt Nam.............................................6

TỔNG QUAN VỀ SMS ..................................................................................................7

1.2.1

Giới thiệu về SMS ...............................................................................................7

1.2.2

Cấu trúc một tin nhắn SMS .................................................................................8

1.2.3

Tin nhắn SMS chuỗi/tin nhắn SMS dài ...............................................................8

1.2.4

SMS center/SMSC ...............................................................................................9

1.2.5

SMS quốc tế .........................................................................................................9

1.2.6

SMS gateway .....................................................................................................10

1.2.7

Ưu điểm của SMS ..............................................................................................10

CHƢƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ LINH KIỆN................................................................13
2.1

TỔNG QUAN VỀ MODULE SIM 908 EASY .....................................................................13

2.1.1

Giới thiệu về sim908 .........................................................................................13

2.1.2

Đặc điểm Sim908 ..............................................................................................14

2.1.3

Tìm hiểu Module Sim908 Easy ..........................................................................15

2.1.3.1

Đặc điểm của Modul Sim908 Easy .............................................................15

2.1.3.2

Tính năng của Module Sim908 Easy ..........................................................17

v


2.2

2.1.3.3

Sơ đồ kết nối chân Module Sim908 Easy ...................................................19

2.1.3.4

Sơ đồ nguyên lý Module Sim908 Easy........................................................20

2.1.3.5

Giao tiếp nối tiếp ........................................................................................21

TẬP LỆNH AT COMMAND............................................................................................22

2.2.1

Giới thiệu về tập lệnh AT ..................................................................................22

2.2.2

Cú pháp tổng quát của các lệnh AT mở rộng ...................................................24

2.2.3

Mã kết quả của lệnh AT ....................................................................................24

2.2.4

Một số lệnh AT được dùng ................................................................................25

2.3

VI ĐIỀU KHIỂN ...........................................................................................................29

2.3.1

Khái quát về các vi điều khiển ..........................................................................29

2.3.2

Phân loại vi điều khiển ......................................................................................30

2.3.2.1

Độ dài thanh ghi .........................................................................................30

2.3.2.2

Kiến trúc CISC và RISC .............................................................................30

2.3.2.3

Kiến trúc Harvard và kiến trúc Vonneumann ............................................30

2.3.3

2.4

Cấu trúc tổng quan của vi điều khiển ...............................................................31

2.3.3.1

CPU ............................................................................................................31

2.3.3.2

ROM ...........................................................................................................31

2.3.3.3

RAM ............................................................................................................31

2.3.3.4

BUS .............................................................................................................31

GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO ............................................................................................32

2.4.1

Arduino là gì .....................................................................................................32

2.4.2

Board vi điều khiển Arduino Uno .....................................................................34

2.4.2.1

Vi điều khiển trên Arduino Uno..................................................................36

2.4.2.2

Sơ sơ đồ chân vi xử lý AVR (Atmega328) và schematic Arduino Uno .......36

2.4.2.3

Các chân nguồn và cổng I/O ......................................................................38

2.4.2.4

Giới thiệu về Arduino IDE và ngơn ngữ lập trình cho Arduino .................39

2.4.3
2.5

Đặc tính kỹ thuật của một số vi điều khiển thông dụng ....................................41

CỔNG AND VÀ IC LM 2576 ........................................................................................41

2.5.1

Cổng AND .........................................................................................................41

2.5.2

IC LM2576 ........................................................................................................42

2.6

THIẾT BỊ ĐƢỢC ĐIỀU KHIỂN .......................................................................................43

2.6.1

Van điện từ UD .................................................................................................43

vi


2.6.2

Bóng đèn sợi đốt 25W - 40W - 60W - 75W .......................................................44

2.6.3

Bóng đèn Compact Philips 11W .......................................................................44

2.6.4

Quạt Sunon ........................................................................................................45

CHƢƠNG 3. TINH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ..................................................................46
3.1

SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG

..............................................................................................46

3.1.1

Module sim908 Easy ........................................................................................46

3.1.2

Khối điều khiển .................................................................................................47

3.1.3

Khối công xuất ..................................................................................................47

3.1.4

Khối thiết bị .......................................................................................................47

3.2

THIẾT KẾ PHẦN CỨNG ................................................................................................47

3.2.1

Sơ đồ nguyên lý hệ thống ..................................................................................47

3.2.2

Nguyên lý hoạt động..........................................................................................49

3.2.3

Lưu đồ xử lý tin nhắn mới .................................................................................52

CHƢƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG .........................................................................54
4.1

MẠCH LAYOUT VÀ MẠCH HỒN THIỆN ......................................................................54

4.2

CODE CHƢƠNG TRÌNH ................................................................................................56

CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN ...............................................................................................68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................70

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Cấu trúc của mạng GSM .........................................................................4
Hình 1.2: Các thành phần mạng GSM ....................................................................5
Hình 1.3: Cấu trúc của 1 tin nhắn SMS ..................................................................8
Hình 1.4: SMS Gateway với chức năng chuyển tiếp ............................................10
Hình 2.1: Sim 908 ( Nguồn: ) ..............................................13
Hình 2.2: Module Sim908 Easy ..............................................................................16
Hình 2.3: Kết nối anten GPS và anten GSM ........................................................18
Hình 2.4: Sơ đồ chân Module Sim908 Easy ..........................................................19
Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý Module Sim908 ...........................................................20
Hình 2.6: Sơ đồ chân Module Sim908 Easy ..........................................................21
Hình 2.7: Kết nối của giao tiếp nối tiếp .................................................................22
Hình 2.8: Một vài thành viên trong gia đình Arduino .........................................33
Hình 2.9: Board Arduino Uno R3 ..........................................................................34
Hình 2.10: Sơ đồ chân vi xử lý AVR (Atmega328) ..............................................37
Hình 2.11: Sơ đồ schematic Arduino .....................................................................37
Hình 2.12: Giao diện lập trình Arduino IDE........................................................40
Hình 2.13: Cổng AND .............................................................................................42
Hình 2.14: Cấu tạo cổng And .................................................................................42
Hình 2.15: Sơ đồ chân IC LM2596 ........................................................................43
Hình 2.16: Đèn sợi đốt ............................................................................................44
Hình 2.17: Đèn Compact Philip .............................................................................45
Hình 2.18: Fan AC Sunon ......................................................................................45
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống ................................................................................46
Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý.......................................................................................48
Hình 3.3: Sơ đồ chƣơng trình chính ......................................................................50
Hình 3.4: Sơ đồ khởi tạo Module sim908 ..............................................................51
Hình 3.5: Sơ đồ thuật toán xử lý tin nhắn mới .....................................................52

Hình 3.6: Xử lý tin nhắn .........................................................................................53

viii


Hình 4.1: Mạch Layout ...........................................................................................55
Hình 4.2: Mạch thực tế ...........................................................................................55
Hình 4.3: Mạch hệ thống hoàn chỉnh ....................................................................56

ix


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Thông số cơ bản trên Board Aruino Uno .................................................35
Bảng 2.2: So sánh một số vi điều khiển phổ biến ......................................................41

x


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AT:

Attention

AMPS:

Advanced Mobile Phone Service

BDT:

Broadband Digital Terminal

BSC:

Base Station Controler

BSS:

Base Station System

BTS:

Base Transceiver Station

CDMA: Code Division Multiple Access
CSPDN: Circuit Switched Public Data. Network
EDGE:

Enhanced Data rates for GSM Evolution

ETSI:

European Telecommunications Standards Institute

FFT:

Fast Fourier Transform

GPP:

Generation Partnership Project

GPRS:

General packet radio service

GSM:

Global System for Mobile Communication

HLR:

Home Location Register

IMEI:

International Mobile Equipment Identity

IMSI:

International Mobile Subcriber Identity

ISDN:

Integrated Services Digital Network

xi

LTE:

Long Term Evolution

ME:

Mobile Equipment

MIMO:

Multi-Input Multi-Output

MSC:

Mobile switching center

OMC:

Operation and Maintenance Center

PIN:

Personal Identity Number

PSPDN: Packet Switched Public Data Network
PSTN:

Public Switched Telephone Network

SIM:

Subscriber Idertity Module

SME:

Short Messaging Entities

SMPP:

Short Message Pear to Pear

SMS:

Short Message Services

SMSC:

Short Message Service Center

TDMA: Time Division Multiple Access
VLR:

Visitor Location Register

WAP:

Wireless Application Protocol

xii

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 1/70

CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ MẠNG DI ĐỘNG GSM
1.1 Tổng quan về công nghệ GSM
1.1.1 Giới thiệu về công nghệ GSM
GSM (Global System for Mobile Communication) là hệ thống thơng tin di
động số tồn cầu, là công nghệ không dây thuộc thế hệ 2G (second generation) có
cấu trúc mạng tế bào, cung cấp dịch vụ truyền giọng nói và chuyển giao dữ liệu chất
lƣợng cao với các băng tần khác nhau: 400Mhz, 900Mhz, 1800Mhz và 1900Mhz,
đƣợc tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) quy định. Bên cạnh công nghệ 2G
hiện nay thế giới đã và đang phát triển hệ thống 3G và 4G.
Mạng 3G (Third-generation) tiếng Việt gọi là mạng di động thế hệ thứ 3 của
chuẩn công nghệ điện thoại di động, cho phép truyền cả dữ liệu thoại (nghe, gọi,
nhắn tin thông thƣờng) và ngoài thoại nhƣ: tải dữ liệu, gửi Email, tin nhắn nhanh,
hình ảnh...Điểm mạnh 3G so với cơng nghệ trƣớc là cho phép truy cập internet, sử
dụng các dịch vụ định vị toàn cầu GPS, truyền, nhận các dữ liệu, âm thanh, hình
ảnh chất lƣợng cao cho cả thuê bao cố định và thuê bao đang di chuyển ở các tốc độ
khác nhau.
Mạng 4G, hay 4-G, (fourth-generation) là công nghệ truyền thông không dây
thứ tƣ, cho phép truyền tải dữ liệu với tốc độ tối đa trong điều kiện lý tƣởng lên tới
1 cho đến 1,5 Gb/giây. Tên 4G do IEEE (Institute of Electrical and Electronics
Engineers) đặt ra để diễn đạt ý nghĩa rằng công nghệ này vƣợt trội hơn so với 3G.
GSM là một hệ thống có cấu trúc mở nên hồn tồn khơng phụ thuộc vào
phần cứng, ngƣời ta có thể mua thiết bị từ nhiều hãng khác nhau.
Do nó hầu nhƣ 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.

Thiết Kế Và Thi Công Mạch Điều Khiển
Thiết Bị Điện Qua Hệ Thống SMS Dùng
Module Sim908 Và Vi Điều Khiển Arduino

SVTH : Nguyễn Minh Nhật


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 2/70

Mặt thuận lợi to lớn của cơng nghệ GSM là ngồi việc truyền âm thanh với
chất lƣợng 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 cơng
nghệ GSM đƣợc 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.
Công nghệ GSM cho phép nhà cung cấp dịch vụ đƣa ra tính năng roaming
cho thuê bao của mình với các mạng khác trên tồn thế giới. Và cơng nghệ GSM
cũng phát triển thêm các tính năng truyền dữ liệu nhƣ GPRS và sau này truyền với
tốc độ cao hơn sử dụng EDGE.
GSM hiện chiếm 85% thị trƣờng 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 đƣợc nhiều nơi trên thế giới.
GSM là chuẩn phổ biết nhất cho điện thoại di động trên thế giới do khả năng
phủ sóng rộng khắp nơi, cho phép ngƣời dùng có thể sử dụng điện thoại di động của
mình ở nhiều vùng trên thế giới do các nhà cung cấp dịch vụ thực hiện việc ký kết
chuyển vùng với nhau. GSM khác với các chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu lẫn
tốc độ và chất lƣợng cuộc gọi.
Lợi thế của mạng di động GSM chính là chất lƣợng cuộc gọi tốt, giá thành
thấp và dịch vụ tin nhắn dễ dàng. Ngoài ra để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp

dịch vụ thì cơng nghệ GSM đƣợc xây dựng trên cơ sở hệ thống mở nên có thể kết
nối dễ dàng với các thiết bị khác nhau từ các nhà cung cấp thiết bị. GSM cũng đƣợc
phát triển thêm tính năng truyền dữ liệu nhƣ GPRS với tốc độ cao hơn sử dụng
EDGE nhƣ trƣớc đây.
Tại Việt Nam, công nghệ GSM đã vào Việt Nam từ năm 1993 qua việc cung
cấp hệ thống đầu tiên ở miền Bắc. Hiện nay, ba mạng GSM của Việt Nam đang
chiếm hầu hết thị trƣờng đó là Viettel, Vinaphone và Mobiphone [2].

Thiết Kế Và Thi Công Mạch Điều Khiển
Thiết Bị Điện Qua Hệ Thống SMS Dùng
Module Sim908 Và Vi Điều Khiển Arduino

SVTH : Nguyễn Minh Nhật


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 3/70

1.1.2 Đặc điểm mạng di động GSM
GSM đƣợc thiết kế độc lập với hệ thống nên hồn tồn khơng phụ thuộc vào
phần cứng mà chỉ tập trung vào chức năng và ngôn ngữ giao tiếp của hệ thống.
Chính điều này đã tạo điều kiện cho ngƣời thiết kế phần cứng sáng tạo thêm tính
năng và cho phép công ty vận hành mạng mua các thiết bị từ nhiều hãng khác nhau.
Cho phép gửi và nhận những mẫu tin nhắn văn bản bằng ký tự dài đến 126 ký tự.
Cho phép chuyển giao và nhận dữ liệu, Fax giữa các mạng GSM với tốc độ lên tới
9.600kps.
Tính phủ sóng cao: cơng nghệ GSM khơng chỉ cho phép các thuê bao trong
cùng mạng, cùng lãnh thổ quốc gia thực hiện việc kết nối với nhau, mà nó cịn cho
phép chuyển giao giữa các mạng GSM trên toàn cầu và cho phép thực hiện việc kết
nối khi ngƣời sử dụng muốn. Điều đó có nghĩa là thuê bao có thể mang thiết bị đi

mọi nơi và các mạng sẽ tự động cập nhật vị trí thuê bao, đồng thời thuê bao có thể
gọi, nhắn tin...đi bất kỳ nơi nào mà không cần biết thuê bao cần liên lạc đang ở đâu
(thuê bao di động - Roaming).
Mạng GSM sử dụng hai kiểu mã hóa âm thanh để nén tín hiệu âm thanh
3.1khz đó là mã hóa 6kbps và 13kbps gọi là haft rate (6kbps) và full rate (13kbps).
Giải quyết sự hạn chế về dung lƣợng nhờ việc kỹ thuật sử dụng tần số tốt hơn
và kỹ thuật chia ô nhỏ, do vậy số thuê bao phục vụ sẽ tăng lên.
Tính bảo mật cao. Mạng kiểm tra sự hợp lệ của mỗi thuê bao GSM bởi thẻ
đăng ký SIM (Subscriber Idertity Module). Thẻ SIM sử dụng mật khẩu PIN
(Personal Identity Number) để bảo vệ quyền sử dụng của ngƣời sử dụng [2]

Thiết Kế Và Thi Công Mạch Điều Khiển
Thiết Bị Điện Qua Hệ Thống SMS Dùng
Module Sim908 Và Vi Điều Khiển Arduino

SVTH : Nguyễn Minh Nhật


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 4/70

1.1.3 Cấu trúc hệ thống mạng GSM
1.1.3.1 Cấu trúc tổng quát

Hình 1.1: Cấu trúc của mạng GSM

Hệ thống GSM đƣợc chia thành nhiều hệ thống con nhƣ sau:
 Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem).
 Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem).
 Phân hệ bảo dƣỡng và khai thác OSS (Operation Subsystem).

 Trạm di động MS (Mobile Station).

Thiết Kế Và Thi Công Mạch Điều Khiển
Thiết Bị Điện Qua Hệ Thống SMS Dùng
Module Sim908 Và Vi Điều Khiển Arduino

SVTH : Nguyễn Minh Nhật


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 5/70

1.1.3.2 Các thành phần của công nghệ mạng GSM

Hình 1.2: Các thành phần mạng GSM

 AUC

Authentication Center

Trung tâm nhận thức

 BSC

Base Station Center

Bộ điều khiển trạm gốc

 BSS

Base Station Subsystem

Phân hệ trạm gốc

 BTS:

Base Transceiver Station

Trạm thu phát gốc.

 CSPDN: Circuit Switched Public Data Network

Mạng số liệu công cộng
chuyển mạch kênh

 EIR:

Equipment Identification Register

Bộ ghi nhận dạng thiết bị

 HLR:

Home Location

Bộ ghi định vị thƣờng trú.

 ISDN:

Integrated Services Digital Network

Mạng số dịch vụ tích hợp

 MS:

Mobile Station

Trạm di động.

Thiết Kế Và Thi Công Mạch Điều Khiển
Thiết Bị Điện Qua Hệ Thống SMS Dùng
Module Sim908 Và Vi Điều Khiển Arduino

SVTH : Nguyễn Minh Nhật


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 6/70

 MSC:

Mobile Switching Service Center

Trung tâm chuyển mạch các
dịch vụ mạng.

 NSS:

Network Subsystem

Phân hệ chuyển mạch

 OMC:

Operation and Maintencince Center

Trung tâm khai thác và bảo
dƣỡng

 OSS :

Operation and Support System

Phân hệ khai thác bảo dƣỡng

 PLMN: Public Land Mobile Network

Mạng di động mặt đất

 PSPDN: Packet Switch Public Data Network

Mạng số liệu cơng cộng
chuyển mạch gói

 PSTN:

Public Swithched Telephone Network

Mạng điện thoại chuyển
mạch công cộng.

 VLR:

Visitor Location Register

Bộ ghi định vị tạm trú.

1.1.3.3 Sự phát triển của công nghệ GSM ở Việt Nam
Công nghệ GSM đã vào Việt Nam từ năm 1992. Mạng thông tin di động
Callink, mạng di động đầu tiên ở Việt Nam, sử dụng cơng nghệ AMPS và chỉ phủ
sóng tại TP.HCM và các tỉnh Bình Dƣơng, Đồng Nai, Bà Rịa - Vũng Tàu, sau 12
năm hoạt động, Callink đã khơng cịn đủ khả năng cạnh tranh cùng các thế hệ đàn
em nhƣ MobiFone, Vinaphone sử dụng công nghệ GSM và S-fone sử dụng cơng
nghệ CDMA phủ sóng tồn quốc, chất lƣợng dịch vụ cao, nhiều giá trị gia tăng hấp
dẫn.
Do sự canh tranh mạnh mẽ của công nghệ GSM mà hiện nay cơng nghệ
CDMA đã khơng cịn chỗ đứng trên thị trƣờng.
Hiện nay, ba nhà cung cấp di động công nghệ GSM lớn nhất của Việt Nam
là Viettel Mobile VinaPhone, MobiFone và, cũng là những nhà cung cấp chiếm thị
phần nhiều nhất trên thị trƣờng với số lƣợng thuê bao mới tăng chóng mặt trong
thời gian vừa qua.
Thiết Kế Và Thi Cơng Mạch Điều Khiển
Thiết Bị Điện Qua Hệ Thống SMS Dùng
Module Sim908 Và Vi Điều Khiển Arduino

SVTH : Nguyễn Minh Nhật


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 7/70

Hiện nay có đến hơn 85% ngƣời dùng hiện nay đang là khách hàng của các
nhà cung cấp dịch vụ theo công nghệ GSM.
Cho tới thời điểm này, thị trƣờng thông tin di động của Việt Nam đã có
khoảng 70 triệu thuê bao di động. Khi mà ba nhà mạng lớn của di động của Việt
Nam là VinaPhone, MobiFone và Viettel đều tăng trƣởng rất nóng với số lƣợng
thuê bao mỗi ngày phát triển đƣợc lên tới hàng trăm ngàn thuê bao.
1.2 Tổng quan về SMS
1.2.1 Giới thiệu về SMS
SMS là từ viết tắt của Short Message Service. Đó là một cơng nghệ cho phép
gửi và nhận các tin nhắn giữa các điện thoại với nhau. SMS xuất hiện đầu tiên ở
Châu Âu vào năm 1992. Ở thời điểm đó, nó bao gồm cả các chuẩn về GSM (Global
System for Mobile Communication). Một thời gian sau đó, nó phát triển sang cơng
nghệ wireless nhƣ CDMA và TDMA. Các chuẩn GSM và SMS có nguồn gốc phát
triển bởi ETSI (European Telecommunication Standards Institute). Ngày nay 3GPP
(Third Generation Partnership Project) đang giữ vai trị kiểm sốt về sự phát triển và
duy trì các chuẩn GSM và SMS.
Nhƣ chính tên đầy đủ của SMS là Short Message Service, dữ liệu có thể
đƣợc lƣu giữ bởi một SMS là rất giới hạn. Một SMS có thể chứa tối đa là 140 byte
(1120 bit) dữ liệu. Vì vậy, một SMS có thể chứa:
 160 ký tự nếu mã hóa ký tự 7 bit đƣợc sử dụng (phù hợp với mã hóa các
ký tự latin nhƣ alphatet của tiếng Anh)
 70 ký tự nếu nhƣ mã hóa ký tự 16 bit Unicode UCS2 đƣợc sử dụng (dùng
cho các ký tự không phải mã latin nhƣ chữ Trung Quốc…)
SMS dạng text hỗ trợ nhiều ngơn ngữ khác nhau. Nó có thể hoạt động tốt với
nhiều ngơn ngữ mà có hỗ trợ mã Unicode, bao gồm Arabic, Trung Quốc, Nhật Bản,
Hàn Quốc…

Thiết Kế Và Thi Công Mạch Điều Khiển
Thiết Bị Điện Qua Hệ Thống SMS Dùng

Module Sim908 Và Vi Điều Khiển Arduino

SVTH : Nguyễn Minh Nhật


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 8/70

Bên cạnh gửi tin nhắn dạng text thì tin nhắn cịn có thể mang dữ liệu dạng
binary. Nó cho phép gửi nhạc chng, hình ảnh cùng nhiều tiện ích khác…tới điện
thoại khác.
1.2.2 Cấu trúc một tin nhắn SMS
Nội dung của 1 tin nhắn SMS khi đƣợc gửi đi chia làm 5 phần nhƣ sau:

Hình 1.3: Cấu trúc của 1 tin nhắn SMS

 Instructions to air interface: chỉ thị dữ liệu kết nối với air interface (giao
diện khơng khí).
 Instructions to SMSC: chỉ thị dữ liệu kết nối với trung tâm tin nhắn
SMSC.
 Instructions to handset: chỉ thị dữ liệu kết nối bắt tay
 Instructions to SIM (optional): chỉ thị dữ liệu kết nối, nhận biết SIM.
 Message body: nội dung tin nhắn SMS
1.2.3 Tin nhắn SMS chuỗi/tin nhắn SMS dài
Để khắc phục khuyết điểm mang lƣợng giới hạn dữ liệu, một mở rộng mới ra
đời đó là SMS chuỗi (SMS dài). Một SMS dạng text dài có thể chứa nhiều hơn 160
ký tự theo chuẩn dùng trong tiếng Anh. SMS chuỗi có cơ cấu hoạt động nhƣ sau:
điện thoại di động sẽ chia tin nhắn dài ra thành nhiều phần nhỏ và sau đó gửi các
phần nhỏ này nhƣ tin nhắn SMS đơn. Khi các tin nhắn SMS này đã đƣợc gửi tới
đích hồn tồn thì nó sẽ đƣợc kết hợp lại với nhau trên máy di động của ngƣời nhận.

Khó khăn của SMS chuỗi là nó ít đƣợc hỗ trợ nhiều so với SMS ở các thiết bị
có sử dụng sóng wireless.

Thiết Kế Và Thi Công Mạch Điều Khiển
Thiết Bị Điện Qua Hệ Thống SMS Dùng
Module Sim908 Và Vi Điều Khiển Arduino

SVTH : Nguyễn Minh Nhật


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 9/70

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 đƣợc gửi đi từ
một điện thoại di động thì trƣớc tiên nó sẽ đƣợc gửi tới một trung tâm SMS. Sau đó,
trung tâm SMS này sẽ chuyển tin nhắn này tới đích (ngƣời nhận). Một tin nhắn
SMS có thể phải đi qua nhiều hơn một thực thể mạng (netwok) (chẳng hạn nhƣ
SMSC và SMS gateway) trƣớc 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 nhƣ máy điện thoại của ngƣời nhận khơng ở trạng
thái nhận (bật nguồn) trong lúc gửi thì SMSC sẽ lƣu trữ tin nhắn này. Và khi máy
điện thoại của ngƣời nhận mở nguồn thì nó sẽ gửi tin nhắn này tới ngƣời nhận.
Thƣờng thì một SMSC sẽ họat động một cách chuyên dụng để chuyển lƣu
thông SMS của một mạng wireless. Hệ thống vận hành mạng luôn luôn quản lí
SMSC của 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 ngồi 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 thơng thƣờng ở hình thức, khn mẫu quốc tế. Một
điện thoại nên có một thực đơn chọn lựa để cấu hình địa chỉ SMSC. Thơng thƣờng
thì địa chỉ đƣợc điều chỉnh lại trong thẻ SIM bởi hệ thống mạng wireless. Điều này
có nghĩa là bạn khơng cần phải làm bất cứ thay đổi nào cả.
1.2.5 SMS quốc tế
Các tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành đƣợc 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 đƣợc gửi giữa các nhà điều hành trog cùng một quốc gia còn tin nhắn SMS
giữa các nhà điều hành quốc tế là tin nhắn SMS đƣợc gửi giữa các nhà điều hành
Thiết Kế Và Thi Công Mạch Điều Khiển
Thiết Bị Điện Qua Hệ Thống SMS Dùng
Module Sim908 Và Vi Điều Khiển Arduino

SVTH : Nguyễn Minh Nhật


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 10/70

mạng wireless ở những quốc gia khác nhau. Thƣờng thì chi phí để gửi một tin nhắn
SMS quốc tế thì cao hơn so với gửi trong nƣớc. Và chi phí gửi tin nhắn trong nội
mạng thì ít hơn so với gửi cho mạng khác trong cùng một quốc gia <= chi phí cho
việc gửi tin nhắn SMS quốc tế.
Khả năng kết hợp của tin nhắn SMS giữa hai mạng wireless cục bộ hay thậm
chí là quốc tế là một nhân tố chính góp phần tới sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống
SMS toàn cầu.
1.2.6 SMS gateway
Một khó khăn của SMS là các SMSC đƣợc phát triển, xây dựng bởi các công

ty sử dụng giao thức truyền thông riêng của họ và hầu hết các giao thức này thuộc
quyền sở hữu riêng. Ví dụ nhƣ Nokia có một giao thức SMSC là CIMD, nhà điều
hành CMG lại có giao thức SMSC là EMI. Chúng ta khơng thể kết nối hai SMSC
nếu hai hệ thống khơng có cùng giao thức SMSC. Để giải quyết vấn đề này, một
SMS gateway đƣợc đặt giữa hai giao thức SMSC khác nhau. Gateway này hoạt
động ở hai sóng mang khác nhau để có thể gửi SMS cho nhau mà khơng gặp bất kỳ
trở ngại nào.

Hình 1.4: SMS Gateway với chức năng chuyển tiếp
( nguồn: />
1.2.7 Ƣu điểm của SMS
 Tin nhắn có thể đƣợc gửi và đọc tại bất kỳ thời điểm nào
 Tin nhắn SMS có thể đƣợc gửi tới các điện thoại dù chúng đang bị tắt
nguồn.
Thiết Kế Và Thi Công Mạch Điều Khiển
Thiết Bị Điện Qua Hệ Thống SMS Dùng
Module Sim908 Và Vi Điều Khiển Arduino

SVTH : Nguyễn Minh Nhật


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 11/70

 Ít gây phiền phức trong khi bạn vẫn có thể giữ liên lạc với ngƣời khác.
 Đƣợc sử dụng trên các điện thoại di động khác nhau và có thể gửi cùng
mạng hoặc khác mạng đều đƣợc.
 SMS là một công nghệ phù hợp cho các ứng dụng không dây để xây dựng
 Dƣới đây là một số trong những lý do mà làm cho tin nhắn SMS một
công nghệ phù hợp cho các ứng dụng không dây để xây dựng:

Thứ nhất, tin nhắn SMS đƣợc hỗ trợ bởi 100% điện thoại di động GSM.
Xây dựng các ứng dụng không dây trên công nghệ tin nhắn SMS có thể tối đa hóa
các cơ sở ngƣời dùng tiềm năng.
Thứ hai, các tin nhắn SMS có khả năng mang dữ liệu nhị phân ngồi văn
bản. Chúng có thể đƣợc sử dụng để chuyển nhạc chng, hình ảnh, logo mạng,
hình nền, hình động, vCards, VCals (mục lịch).
Thứ ba, tin nhắn SMS hỗ trợ thanh toán cho các giao dịch mua bán liên
quan đến mạng GSM hoặc các dịch vụ khác giúp cho q trình thanh tốn đƣợc
thực hiện một cách thuận tiện. Ngƣời sử dụng điện thoại di động hồn tồn có thể
tải logo, hình nền, nhạc chng, nhạc chờ điện thoại chỉ bằng cách soạn tin nhắn
SMS theo cấu trúc cú pháp cho trƣớc và gửi đến số dịch vụ. Chi phí phát sinh sẽ
đƣợc trừ trực tiếp vào tài khoản của ngƣời sử dụng.
 Ngoài ra, tin nhắn SMS hiện nay có rất nhiều ứng dụng thực tế và
cần thiết với ngƣời sử dụng.
Ngƣời ta có thể sử dụng để thơng báo có email mới. Trong một hệ thống
email thông báo, một máy chủ sẽ gửi một tin nhắn SMS tới điện thoại di động của
ngƣời sử dụng bất cứ khi nào một email đến hộp thƣ đến. Một hệ thống email
thơng báo có thể cho phép ngƣời dùng tùy biến bộ lọc khác nhau để một cảnh báo
tin nhắn SMS đƣợc gửi chỉ khi thông báo email có chứa từ khóa nhất định hoặc
nếu ngƣời gửi email là một ngƣời quan trọng. Tin nhắn SMS cũng đƣợc sử dụng
trong các hệ thống cảnh báo từ xa.
Trong một ứng dụng hệ thống giám sát từ xa, một chƣơng trình (đơi khi có
các cảm biến) sẽ liên tục theo dõi tình trạng của một hệ thống từ xa. Nếu một điều
Thiết Kế Và Thi Công Mạch Điều Khiển
Thiết Bị Điện Qua Hệ Thống SMS Dùng
Module Sim908 Và Vi Điều Khiển Arduino

SVTH : Nguyễn Minh Nhật

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 12/70

kiện nhất định đƣợc thỏa mãn nhƣ có rị khí ga, nhiệt độ tăng đột biến, có đột nhập
thì chƣơng trình sẽ gửi tin nhắn văn bản đến ngƣời sử dụng. Và ngƣời sử dụng
hoàn toàn cũng có thể điều khiển các thiết bị nhƣ bật đèn, quạt, tƣới nƣớc....theo
ý muốn của mình.

Thiết Kế Và Thi Công Mạch Điều Khiển
Thiết Bị Điện Qua Hệ Thống SMS Dùng
Module Sim908 Và Vi Điều Khiển Arduino

SVTH : Nguyễn Minh Nhật