Nghiên cứu và thi công mô hình cảm biến sử dụng công nghệ 4g trên mô đun sim7000

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NGHIÊN CỨU VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH CẢM BIẾN SỬ
DỤNG CƠNG NGHỆ 4G TRÊN MƠ ĐUN SIM7000

GVHD: THS. GVC. TRƯƠNG NGỌC ANH
SVTH: NGUYỄN PHÚC TẤN
PHẠM QUỐC HỒN

SKL009701

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 12/2022


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH

CẢM BIẾN SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ 4G
TRÊN MÔ ĐUN SIM7000

GVHD: ThS. GVC. Trương Ngọc Anh
SVTH 1: Nguyễn Phúc Tấn – MSSV: 18161269
SVTH 2: Phạm Quốc Hồn – MSSV: 18161224

Tp. Hồ Chí Minh - 12/2022


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH
CẢM BIẾN SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ 4G
TRÊN MÔ ĐUN SIM7000

GVHD: ThS. GVC. Trương Ngọc Anh
SVTH 1: Nguyễn Phúc Tấn – MSSV: 18161269
SVTH 2: Phạm Quốc Hồn – MSSV: 18161224

Tp. Hồ Chí Minh - 12/2022

i


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
VIỆT NAM
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP –
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Y SINH
Tp. HCM, ngày 30 tháng 9 năm 2022

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:

Nguyễn Phúc Tấn
Phạm Quốc Hồn
Điện tử viễn thơng
Đại học chính quy
2018

MSSV: 18161269
MSSV: 18161224
Mã ngành: 161
Mã hệ:
1
Lớp:
18161DT2

I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH CẢM BIẾN SỬ
DỤNG CƠNG NGHỆ 4G TRÊN MƠ ĐUN SIM7000
II. NHIỆM VỤ
Nội dung thực hiện:
- Tìm hiểu về cách thức hoạt động của các cảm biến được sử dụng.
- Viết chương trình điều khiển cho Arduino, mơ đun sim 7000, nạp code và
chạy thử nghiệm sản phẩm.
- Viết chương trình gửi dữ liệu từ các cảm biến của Arduino lưu trên cơ sở dữ
liệu MySQL.
- Thiết kế giao diện WEB hiển thị dữ liệu nhận được từ cơ sở dữ liệu MySQL.
- Thiết kế mơ hình hệ thống cảm biến.
- Thi công phần cứng, chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống.
- Viết báo cáo thực hiện.
- Bảo vệ luận văn.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

26/09/2022
05/01/2023
ThS. GVC. Trương Ngọc Anh

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

ii


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
VIỆT NAM
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP –
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Y SINH
Tp. HCM, ngày 30 tháng 09 năm 2022

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Phúc Tấn
Lớp: 18161DT2
MSSV: 18161269
Họ tên sinh viên 2: Phạm Quốc Hoàn
Lớp: 18161DT2
MSSV: 18161224
Tên đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH CẢM BIẾN SỬ DỤNG
CƠNG NGHỆ 4G TRÊN MƠ ĐUN SIM7000
Tuần/ngày
Tuần 1
(26/09 – 2/10)
Tuần 2
(3/09 – 13/03)

Nội dung

Xác nhận
GVHD

Gặp gỡ GVHD và trao đổi về đề tài tốt nghiệp
Chọn mô hình thực hiện, chọn linh kiện
Tìm hiểu các đề tài liên quan

Tìm hiểu tấm pin mặt trời và tính tốn cơng
suất tiêu thụ
Tìm hiểu, lập trình mơ đun sim + Arduino

Tuần 3
(10/10 – 16/10)
Tuần 4,5
(17/10 – 30/10)
Tuần 6
(31/10 – 6/11)
Tuần 7

Lập trình, kết nối cảm biến vào Arduino
Tìm hiểu về mạch sạc pin
Tìm hiểu về ngơn ngữ HTML, CSS, PHP
Thiết kế giao diện WEB sử dụng ngơn ngữ PHP
Lập trình gửi dữ liệu từ cảm biến thu được lên
MySQL
Hoàn thiện hệ thống

(7/11 – 13/11)
Tuần 8
(14/11 – 20/11)
Tuần 9

Nộp báo cáo tiến độ khóa luận tốt nghiệp
Kiểm tra và cân chỉnh hệ thống
Vẽ và in mạch PCB

(21/11 – 27/11)

iii


Tuần 10,11
(28/11 – 11/12)
Tuần 12

Tiến hành thi công mạch, kiểm tra mạch thi
cơng
Tiến hành làm mơ hình hồn thiện

(12/12 – 18/12)
Tuần 13

Viết báo cáo những nội dung đã làm

(19/12 – 25/12)
Tuần 14
(26/12 – 1/1)

Hoàn thiện báo cáo và gởi cho GVHD xem xét
lần cuối trước khi in
Nộp quyển khóa luận tốt nghiệp
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

iv


LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này là do nhóm chúng tơi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và
khơng sao chép từ tài liệu hay cơng trình đã có trước đó. Nếu có bất kỳ sự gian lận
nào chúng tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình.

Nhóm thực hiện đề tài
Nguyễn Phúc Tấn
Phạm Quốc Hoàn

v


LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS. GVC. Trương Ngọc Anh đã nhiệt tình
giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm để em hoàn thiện đề tài một cách tốt nhất.
Em xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện điện tử đã
tận tình dạy bảo bổ sung các kiến thức nền tảng và chun mơn để tạo cơ sở cho em
hồn thành tốt đề tài.
Cảm ơn ba mẹ và người thân đã ln tin tưởng, ủng hộ trong suốt q trình
thực hiện đề tài.
Cảm ơn các bạn sinh viên khoa Điện điện tử đã hỗ trợ và chia sẻ kinh nghiệm,
kiến thức trong thời gian thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm thực hiện đề tài
Nguyễn Phúc Tấn
Phạm Quốc Hồn

vi

MỤC LỤC
Khóa luận tốt nghiệp ................................................................................................... i
Nhiệm vụ khóa luận tốt nghiệp .................................................................................. ii
Lịch trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp ................................................................. iii
Lời cam đoan ...............................................................................................................v
Lời cảm ơn ................................................................................................................ vi
Mục lục ..................................................................................................................... vii
Liệt kê hình vẽ .............................................................................................................x
Liệt kê bảng ............................................................................................................. xiii
Tóm tắt .................................................................................................................... xiv
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................1
Đặt vấn đề .........................................................................................................1
Mục tiêu ............................................................................................................1
Mội dung nghiên cứu ........................................................................................2
Giới hạn .............................................................................................................2
Bố cục................................................................................................................2
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .........................................................................4
Lịch sử phát triển mạng di động .......................................................................4
2.1.1 Mạng 1G.........................................................................................................4
2.1.2 Mạng 2G.........................................................................................................4
2.1.3 Mạng 3G.........................................................................................................5
2.1.4 Mạng 4G.........................................................................................................5
2.1.5 Mạng 5G.........................................................................................................6
Giới thiệu phần cứng .........................................................................................7
2.2.1 Tổng quan về mô đun sim A7670C-LASS ....................................................7
vii


2.2.2 Tổng quan về Arduino Nano ........................................................................11
2.2.3 Tổng quan về mô đun giảm áp Buck DC-DC LM2596 3A .........................14

2.2.4 Tổng quan về mạch chuyển mức logic 4 kênh.............................................15
2.2.5 Tổng quan về mạch sạc pin 18650 2S .........................................................16
2.2.6 Tổng quan về cảm biến DHT11 ...................................................................18
2.2.7 Tổng quan về cảm biến BH1750..................................................................20
2.2.8 Tổng quan về cảm biến chuyển động HCSR 501 ........................................22
2.2.9 Tổng quan về cảm biến tốc độ gió SEN0170 ..............................................24
2.2.10 Tổng quan về cảm biến khí gas MQ2 ........................................................26
2.2.11 Tổng quan về cảm biến phát hiện lửa ........................................................27
2.2.12 Tổng quan về tấm pin mặt trời ...................................................................29
2.2.13 Tổng quan về pin lithium ...........................................................................31
Giới thiệu phần mềm .......................................................................................33
2.3.1 Tìm hiểu về web server ................................................................................33
2.3.2 Giới thiệu về HTML, CSS, PHP ..................................................................35
CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ .........................................................39
Giới thiệu.........................................................................................................39
Tính tốn và thiết kế hệ thống .........................................................................39
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ........................................................................39
3.2.2 Tính tốn và thiết kế mạch ...........................................................................41
3.2.3 Sơ đồ ngun lý tồn mạch ..........................................................................54
CHƯƠNG 4. THI CƠNG HỆ THỐNG ................................................................56
Giới thiệu.........................................................................................................56
Thi công hệ thống ...........................................................................................56
4.2.1 Thi công bo mạch .........................................................................................56
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra ......................................................................................60
viii


Đóng gói và thi cơng mơ hình .........................................................................61
4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển ................................................................................61
4.3.2 Thi cơng mơ hình .........................................................................................62

Lập trình hệ thống ...........................................................................................65
4.4.1 Lưu đồ giải thuật ..........................................................................................66
4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển .........................................................73
4.4.3 Phần mềm lập trình web...............................................................................76
4.4.4 Phần mềm mơ phỏng web server .................................................................78
Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác .......................................................81
4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng ...................................................................81
4.5.2 Quy trình thao tác .........................................................................................82
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ............................................84
Kết quả thu được .............................................................................................84
Đánh giá hoạt động của hệ thống ..................................................................102
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN....................................103
Kết luận .........................................................................................................103
Hướng phát triển ...........................................................................................103
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................104

ix


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình

Trang

Hình 2-1 Mạng 2G ......................................................................................................5
Hình 2-2 Mạng 3G ......................................................................................................5
Hình 2-3 Mạng 4G ......................................................................................................6
Hình 2-4 Mạng 5G ......................................................................................................6
Hình 2-5 Mơ đun sim A7670C-LASS ........................................................................7
Hình 2-6 Arduino Nano ............................................................................................11

Hình 2-7 Sơ đồ chân chi tiết của Nano .....................................................................13
Hình 2-8 Mơ đun giảm áp Buck DC-DC LM2596 ...................................................14
Hình 2-9 Mạch chuyển mức logic 4 kênh .................................................................15
Hình 2-10 Sơ đồ chân mạch chuyển mức logic 4 kênh ............................................16
Hình 2-11 Mạch sạc pin 18650 2S ............................................................................17
Hình 2-12 Sơ đồ kết nối mạch sạc pin ......................................................................18
Hình 2-13 Mơ đun cảm biến DHT11 ........................................................................18
Hình 2-14 Sơ đồ chân DHT11 ..................................................................................19
Hình 2-15 Cảm biến ánh sáng BH1750 ....................................................................20
Hình 2-16 Sơ đồ chân BH1750 .................................................................................21
Hình 2-17 Cảm biến chuyển động HCSR 501 ..........................................................22
Hình 2-18 Sơ đồ chân cảm biến chuyển động ..........................................................23
Hình 2-19 Cảm biến tốc độ gió .................................................................................24
Hình 2-20 Dây cáp kết nối cảm biến gió ..................................................................25
Hình 2-21 Cảm biến khí gas MQ2 ............................................................................26
Hình 2-22 Sơ đồ mạch cảm biến MQ2 .....................................................................27
Hình 2-23 Cảm biến phát hiện lửa ............................................................................28
Hình 2-24 Sơ đồ chân cảm biến phát hiện lửa ..........................................................29
Hình 2-25 Cấu tạo một tế bào (cell) pin mặt trời ......................................................30
Hình 2-26 Cấu tạo pin lithium ..................................................................................31
Hình 2-27 Quá trình sạc/xả pin Lithium ...................................................................32
Hình 2-28 Web server ...............................................................................................33
Hình 2-29 HTML ......................................................................................................35
Hình 2-30 CSS ..........................................................................................................36
Hình 2-31 PHP ..........................................................................................................37
Hình 3-1 Sơ đồ khối mơ hình 1 .................................................................................39
Hình 3-2 Sơ đồ khối mơ hình 2 .................................................................................40
Hình 3-3 Chóa led cầu...............................................................................................43
Hình 3-4 Mạch mosfet chỉnh cơng suất đèn .............................................................44
Hình 3-5 Mạch so sánh opamp kiểm tra led .............................................................45

Hình 3-6 Mạch đo áp tấm pin mặt trời ......................................................................47
x


Hình 3-7 Trang đăng nhập web .................................................................................48
Hình 3-8 Trang chính web ........................................................................................49
Hình 3-9 Giao diện chi tiết ........................................................................................50
Hình 3-10 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn ....................................................................50
Hình 3-11 Sơ đồ nguyên lý tồn mạch 1 ...................................................................54
Hình 3-12 Sơ đồ ngun lý tồn mạch 2 ...................................................................55
Hình 4-1 Sơ đồ bố trí linh kiện mơ hình 1 ................................................................58
Hình 4-2 Sơ đồ bố trí linh kiện mơ hình 2 ................................................................58
Hình 4-3 Mạch in lớp dưới mơ hình 1 ......................................................................59
Hình 4-4 Mạch in lớp dưới mơ hình 2 ......................................................................59
Hình 4-5 Bo mạch mơ hình 1 ....................................................................................60
Hình 4-6 Bo mạch mơ hình 2 ....................................................................................60
Hình 4-7 Bo mạch 1 sau khi được cố định bên trong mô hình .................................61
Hình 4-8 Bo mạch 2 sau khi được cố định bên trong mơ hình .................................61
Hình 4-9 Mơ hình 1 hồn thiện. ................................................................................62
Hình 4-10 Hộp điện và led trên mơ hình 1 ...............................................................63
Hình 4-11 Mơ hình 1 hồn thiện ...............................................................................64
Hình 4-12 Mơ hình 2 hồn thiện ...............................................................................65
Hình 4-13 Lưu đồ giải thuật mơ hình 1.....................................................................66
Hình 4-14 Lưu đồ giải thuật kiểm tra trạng thái mơ đun sim ...................................67
Hình 4-15 Lưu đồ giải thuật điều khiển đèn .............................................................68
Hình 4-16 Lưu đồ giải thuật mơ hình 2.....................................................................69
Hình 4-17 Lưu đồ giải thuật chương trình con báo cháy ..........................................70
Hình 4-18 Lưu đồ giải thuật chương trình con báo khói ..........................................71
Hình 4-19 Mơ hình điều khiển web server ...............................................................72
Hình 4-20 Mơ hình điều khiển website .....................................................................72

Hình 4-21 Nhấp vào “Win 10 and newer, 64 bits”. ..................................................73
Hình 4-22 Giao diện tải xuống. .................................................................................74
Hình 4-23 Giao diện cài đặt Arduino IDE. ...............................................................74
Hình 4-24 Giao diện chọn địa chỉ lưu trữ .................................................................75
Hình 4-25 Biểu tượng Arduino IDE .........................................................................75
Hình 4-26 Giao diện Arduino IDE ............................................................................75
Hình 4-27 Giao diện tải xuống VS Code ..................................................................76
Hình 4-28 Giao diện cài đặt Visual Studio Code ......................................................77
Hình 4-29 Giao diện Visual Studio Code .................................................................77
Hình 4-30 Giao diện tải xuống XAMPP ...................................................................79
Hình 4-31 Cửa sổ cài đặt XAMPP ............................................................................79
Hình 4-32 Cửa sổ lựa chọn tiện ích cài đặt ...............................................................80
Hình 4-33 Quy trình thao tác mơ hình 1 ...................................................................82
Hình 4-34 Quy trình thao tác mơ hình 2 ...................................................................82
Hình 4-35 Giao diện xuất dữ liệu ..............................................................................83
xi


Hình 4-36 Thiết lập thời gian mong muốn................................................................83
Hình 4-37 Bấm nút tải về ..........................................................................................83
Hình 5-1 Mơ hình 1 ...................................................................................................84
Hình 5-2 Mơ hình 1 ...................................................................................................85
Hình 5-3 Mơ hình 1 ...................................................................................................86
Hình 5-4 Mơ hình 1 đang hoạt động .........................................................................87
Hình 5-5 Mơ hình 1 đang hoạt động .........................................................................88
Hình 5-6 Dữ liệu mơ hình 1 gửi lên web ..................................................................88
Hình 5-7 Mơ hình 1 đang hoạt động .........................................................................89
Hình 5-8 Mơ hình 1 đang hoạt động .........................................................................90
Hình 5-9 Dữ liệu mơ hình 1 gửi lên web ..................................................................90
Hình 5-10 Mơ hình 1 đang hoạt động .......................................................................91

Hình 5-11 Dữ liệu mơ hình 1 gửi lên web ................................................................91
Hình 5-12 Mơ hình 1 đang hoạt động .......................................................................92
Hình 5-13 Dữ liệu mơ hình 1 gửi lên web ................................................................92
Hình 5-14 Dữ liệu mơ hình 1 gửi lên web ................................................................93
Hình 5-15 Đo điện áp tấm pin mặt trời mơ hình 1 ....................................................93
Hình 5-16 Dữ liệu mơ hình 1 gửi lên web ................................................................94
Hình 5-17 Đo điện áp tấm pin mặt trời mơ hình 1 ....................................................94
Hình 5-18 Dữ liệu mơ hình 1 gửi lên web ................................................................95
Hình 5-19 Mơ hình 2 .................................................................................................95
Hình 5-20 Mơ hình 2 đang hoạt động .......................................................................96
Hình 5-21 Dữ liệu mơ hình 2 gửi lên web ................................................................96
Hình 5-22 Mơ hình 2 đang hoạt động .......................................................................97
Hình 5-23 Dữ liệu mơ hình 2 gửi lên web ................................................................97
Hình 5-24 Mơ hình 2 đang hoạt động .......................................................................98
Hình 5-25 Dữ liệu mơ hình 2 gửi lên web ................................................................98
Hình 5-26 Giao diện đăng nhập ................................................................................99
Hình 5-27 Giao diện chính ........................................................................................99
Hình 5-28 Tập tin excel trích xuất từ web ..............................................................100
Hình 5-29 Giao diện chi tiết ....................................................................................101

xii


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2-1 Bảng lệnh kiểm tra và điều khiển trạng thái mô đun ..................................8
Bảng 2-2 Bảng lệnh điều khiển tin nhắn .....................................................................9

Bảng 2-3 Bảng lệnh HTTP ..........................................................................................9
Bảng 2-4 Bảng lệnh MQTT ......................................................................................10
Bảng 2-5 Các chế độ đo của BH1750 .......................................................................22
Bảng 2-6 Tốc độ gió theo điện áp .............................................................................26
Bảng 3-1 Bảng so sánh các cảm biến nhiệt độ độ ẩm ...............................................41
Bảng 3-2 Bảng so sánh các cảm biến ánh sáng.........................................................42
Bảng 3-3 Bảng so sánh các bo Arduino ....................................................................43
Bảng 3-4 Bảng chu kỳ xung PWM ...........................................................................44
Bảng 3-5 Dòng và điện áp làm việc của mơ hình 1 ..................................................51
Bảng 3-6 Dịng và điện áp làm việc của mơ hình 2 ..................................................53
Bảng 4-1 Danh sách các linh kiện .............................................................................56

xiii


TÓM TẮT
Hệ thống mạng di động đã trải qua một q trình phát triển dài với các cơng
nghệ khác nhau. Mạng 2G ra đời từ năm 1992, cho đến nay hầu hết mạng 2G sử dụng
các dải tần có giá trị, mang lại vùng phủ sóng lớn và khả năng thâm nhập trong tòa
nhà. Tuy nhiên, cần loại bỏ dần mạng di động 2G giúp giải phóng khơng gian, phân
bổ lại băng tần cho các mạng lưới mới hơn, nhanh hơn với các thiết bị đang sử dụng
mạng 4G và 5G trong tương lai.
Các nhà mạng trên toàn thế giới đang tiến tới tắt sóng mạng 2G 3G hoặc dự
định thực hiện trong tương lai gần. Việc tắt sóng các mạng di động cũ giúp giảm chi
phí duy trì, giảm mức tiêu thụ năng lượng và làm đơn giản hóa hoạt động mạng.
Tại Việt Nam, trong chương trình chuyển đổi số quốc gia đến năm 2025 định
hướng đến 2030. Mục tiêu trọng điểm là phổ cập mạng 4G, tích hợp công nghệ 4G/5G
đối với các sản phẩm thiết bị di động, các thiết bị IoT và loại bỏ kết nối 2G nhằm tạo
khơng gian phát triển mạng 5G. Do đó ứng dụng công nghệ 4G trong các dự án IOT
là một xu hướng tất yếu.

Hiện nay, đã có nhiều đồ án về mô đun sim sử dụng mạng 2G như: “Thiết kế
và thi công hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm, cường độ gió, cường độ sáng qua SMS
dùng nguồn pin và sạc bằng năng lượng mặt trời” của Lê Trọng Hồng và Võ Đình
Ln năm 2019. Đề tài trên sử dụng mô đun SIM800L, đây là một đề tài hay nhưng
sử dụng mạng 2G đã cũ, khơng cịn thích hợp để ứng dụng.
Từ những khảo sát, tìm hiểu và với mong muốn tạo nên một hệ thống sử dụng
mạng 4G, kết hợp cảm biến có thể giám sát từ xa. Nhóm xin chọn đề tài “Nghiên cứu
và thi cơng mơ hình cảm biến sử dụng cơng nghệ 4G trên mô đun SIM7000”.

xiv


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
ĐẶT VẤN ĐỀ
Hệ thống mạng di động đã trải qua một quá trình phát triển dài với các công
nghệ khác nhau. Mạng 2G ra đời từ năm 1992, cho đến nay hầu hết mạng 2G sử dụng
các dải tần có giá trị, mang lại vùng phủ sóng lớn và khả năng thâm nhập trong tòa
nhà. Tuy nhiên, cần loại bỏ dần mạng di động 2G giúp giải phóng khơng gian, phân
bổ lại băng tần cho các mạng lưới mới hơn, nhanh hơn với các thiết bị đang sử dụng
mạng 4G và 5G trong tương lai.
Các nhà mạng trên toàn thế giới đang tiến tới tắt sóng mạng 2G 3G hoặc dự
định thực hiện trong tương lai gần. Việc tắt sóng các mạng di động cũ giúp giảm chi
phí duy trì, giảm mức tiêu thụ năng lượng và làm đơn giản hóa hoạt động mạng.
Tại Việt Nam, trong chương trình chuyển đổi số quốc gia đến năm 2025 định
hướng đến 2030. Mục tiêu trọng điểm là phổ cập mạng 4G, tích hợp cơng nghệ 4G/5G
đối với các sản phẩm thiết bị di động, các thiết bị IoT và loại bỏ kết nối 2G nhằm tạo
không gian phát triển mạng 5G [4]. Do đó ứng dụng công nghệ 4G trong các dự án
IOT là một xu hướng tất yếu.

Hiện nay, đã có nhiều đồ án về mô đun sim sử dụng mạng 2G như: “Thiết kế
và thi công hệ thống giám sát nhiệt độ, độ ẩm, cường độ gió, cường độ sáng qua SMS
dùng nguồn pin và sạc bằng năng lượng mặt trời” của Lê Trọng Hồng và Võ Đình
Ln năm 2019 [1]. Đề tài trên sử dụng mô đun SIM800L, đây là một đề tài hay
nhưng sử dụng mạng 2G đã cũ, khơng cịn thích hợp để ứng dụng.
Từ những khảo sát, tìm hiểu và với mong muốn tạo nên một hệ thống chiếu
sáng hiệu quả hơn, kết hợp cảm biến có thể giám sát từ xa. Nhóm xin chọn đề tài
“Nghiên cứu và thi cơng mơ hình cảm biến sử dụng cơng nghệ 4G trên mơ đun
SIM7000”.

MỤC TIÊU
Nghiên cứu và thi cơng mơ hình cảm biến gồm mơ hình cảm biến 1: cảm biến
đo nhiệt độ-độ ẩm, cảm biến chuyển động, cảm biến tốc độ gió và mơ hình cảm biến
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
2: cảm biến khí gas, cảm biến cường độ sáng, cảm biến nhiệt độ-độ ẩm, cảm biến
phát hiện lửa. Hệ thống cảm biến được giám sát trên web và điện thoại thông qua
mạng 4G/LTE dùng mô đun sim7000.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp với đề tài Nghiên cứu và thi công
mô hình cảm biến sử dụng cơng nghệ 4G trên mơ đun SIM7000, nhóm chúng em dự
kiến tập trung giải quyết những nội dung sau:
- Nội dung 1: Kết nối cảm biến với Arduino
- Nội dung 2: Kết nối mô đun SIM7000 với Arduino
- Nội dung 3: Kết nối mô đun SIM7000 với internet để cập nhật dữ liệu dùng

cho việc hiển thị.
- Nội dung 4: Tính tốn cơng suất nguồn và công suất pin năng lượng mặt trời.
- Nội dung 5: Thiết kế giao diện hiển thị dữ liệu trên web.
- Nội dung 6: Thiết kế mơ hình hệ thống.
- Nội dung 7: Chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống.
- Nội dung 8: Viết báo cáo thực hiện.
- Nội dung 9: Bảo vệ luận văn.

GIỚI HẠN
-

Thiết kế 2 mô hình cảm biến.

-

Gửi dữ liệu lên server, gửi tin nhắn SMS đến điện thoại và theo dõi qua
giao diện web.

BỐ CỤC
 Chương 1: Tổng quan
Chương này trình bày lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, giới
hạn bố cục của đồ án.
 Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, trình bày các lý
thuyết liên quan đến đề tài.
 Chương 3: Tính tốn và thiết kế
Tính tốn thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lý của hệ thống.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
 Chương 4: Thi công hệ thống
Nội dung chương sẽ trình bày tóm tắt q trình thực hiện thi công hệ thống:
Liệt kê linh kiện, thi công các khối, hình ảnh tồn hệ thống sau khi hồn thiện,
lưu đồ giải thuật…
 Chương 5: Kết quả, nhận xét, đánh giá
Sau khi thi cơng hệ thống trình bày kết quả thu được đồng thời rút ra nhận xét
đánh giá.
 Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Trình bày ngắn gọn kết quả thu được dựa trên mục tiêu và nội dung nghiên
cứu. Đưa ra hướng phát triển cho đề tài.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MẠNG DI ĐỘNG
2.1.1 Mạng 1G
Là thế hệ mạng di động đầu tiên trên thế giới được triển khai tại Nhật Bản bởi
công ty Nippon Telegraph and Telephone (NTT) tại Tokyo năm 1979. Đến năm 1984,
họ đã phủ sóng tồn bộ nước Nhật. Theo sau đó là các nước phương Tây cũng đã bắt
đầu triển khai mạng 1G trong khu vực.
Do sử dụng truyền thông tương tự dùng ăng ten thu phát sóng để kết nối tới trạm nên
kích thước điện thoại lúc đó khá to và cồng kềnh. Mạng 1G lúc đó có rất nhiều khuyết

điểm như chỉ hỗ trợ dịch vụ thoại, chất lượng thấp, cuộc gọi thường xuyên bị ngắt,
âm thanh nhiễu, không hề có bảo mật và dung lượng pin của điện thoại cũng khơng
cao. Tốc độ khi đó của mạng vào khoảng 2,4 Kbps.

2.1.2 Mạng 2G
Thế hệ mạng di động tiếp theo của 1G, mạng 2G hay hệ thống thông tin di động
toàn cầu (GSM) được thử nghiệm triển khai lần đầu tiên tại Phần Lan năm 1991. Việc
chuyển đổi từ truyền thông tương tự sang truyền thông số là một bước cải tiến lớn,
mạng 2G lúc này không chỉ cung cấp dịch vụ thoại mã hoá kĩ thuật số, cải thiện chất
lượng âm thanh, giảm nhiễu mà còn hỗ trợ lưu dữ liệu nhắn tin SMS, nhắn tin đa
phương tiên MMS, tốc độ đã cải thiện hơn so với 1G đạt khoảng 10 Kbps. Sau nhiều
cải tiến thì đã có thể đạt tới 500 Kbps với các công nghệ GPRS, EDGE.
Tuy hiện nay đã được thay thế bởi nhiều công nghệ mới, nhưng mạng 2G vẫn
được sử dụng ở nhiều nơi trên thế giới bao gồm cả Việt Nam.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2-1 Mạng 2G

2.1.3 Mạng 3G
Mạng di động thế hệ thứ 3 được triển khai lần đầu tại Nhật Bản, hỗ trợ truyền
tải dữ liệu điện thoại như nghe gọi, SMS, gửi mail, tải dữ liệu, hình ảnh. Chất lượng
mạng 3G cũng được cải thiện đáng kể so với mạng 2G, có thể truy cập internet tốc
độ cao ngay khi đang di chuyển, khả năng truyền dữ liệu nhanh gấp 4 lần 2G trung
bình lên tới 2 Mbps, nhờ vậy mà có thể hiện thực hố việc phát sóng trực tiếp các

video hội thoại, hội nghị.

Hình 2-2 Mạng 3G

2.1.4 Mạng 4G
Được triển khai lần đầu vào năm 2009, mạng di động 4G lúc đó được gọi với
tên gọi LTE do chưa đạt đến ngưỡng tốc độ tối thiểu (12,5 Mbps). Mạng LTE (Longterm evolution) có nhiều phiên bản cải tiến tốc độ tiêu biểu là LTE Cat 1 hỗ trợ tốc
độ tải xuống ở mức 10 Mbps và tải lên 5Mbps thích hợp cho các tình huống khơng
cần tốc độ truyền tải nhanh nhưng u cầu độ tin cậy cao của mạng 4G phù hợp cho
các dự án IoT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hiện nay mạng 4G cung cấp khả năng truy cập mạng tốc độ cao lên đến 1 Gbps
đối với người dùng cố định như truyền tải video hội nghị, trực tiếp sự kiện ở độ phân
giải Full-HD, 4K, công suất và hiệu suất hoạt động cao với việc đáp ứng cùng lúc
hơn 300 người dùng, tốc độ mã hoá nhanh hơn, nén nhiều dữ liệu hơn so với 3G.

Hình 2-3 Mạng 4G

2.1.5 Mạng 5G
Mạng di động 5G được triển khai lần đầu tại Hàn Quốc vào năm 2019, theo lý
thuyết, tốc độ của nó có thể đạt đến gần 170 Mbps, nhanh hơn nhiều so với 4G. Điểm
phát triển lớn của 5G so với người tiền nhiệm đó là độ trễ (trung bình 4G khoảng
50ms – 5G chỉ có 10ms và độ trễ cịn có thể giảm xuống đến 1ms), kích thước băng
thơng (trải dài từ 30GHz đến 300GHz), tốc độ tải lên, tải xuống được tăng lên đáng
kể.

Hình 2-4 Mạng 5G
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
2.2.1 Tổng quan về mô đun sim A7670C-LASS
 Giới thiệu sơ lược về mô đun A7670C-LASS
Mô đun được thiết kế dựa trên chip A7670C-LASS của hãng SIMCOM, đây
là phiên bản rút gọn hỗ trợ 4G-LTE, nhắn tin SMS, HTTP, MQTT… và không hỗ trợ
gọi thoại, GPS. Mơ đun có thể giao tiếp nhận và gửi lệnh với vi điều khiển thông qua
giao thức UART và sử dụng tập lệnh AT để điều khiển.

Hình 2-5 Mơ đun sim A7670C-LASS
 Thơng số kĩ thuật
-

Nguồn cấp: 5-16V

-

Mạng hỗ trợ: LTE Cat1

-

Kiểu khay sim: Nano SIM, Open-Lock

-

Logic I/O: TTL (Serial 3.3V)

-

Dòng ở chế độ ngủ: 2.5mA

-

Dòng ở chế độ chờ: 24mA

-

Dòng khi truy cập mạng: ~600mA

-

Dòng tiêu thụ tối đa: 2A

-

Tốc độ truyền tải: 10(DL)/5(UL) Mbps

-

Hỗ trợ tin nhắn SMS

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
-

Băng tần hỗ trợ:

LTE-FDD: B1/B3/B5/B8
LTE-TDD: B34/B38/B39/B40/B41

-

Giao thức hỗ trợ:

TCP/IP/IPV4/IPV6/Multi-

PDP/FTP/FTPS/HTTP/HTTPS/DNS
-

Chức năng các chân mô đun:

-

VCC: cấp nguồn cho mô đun, nguồn cấp trong khoảng từ 5V đến 16V.

-

GND: chân nối đất.

-

RX: chân UART nhận lệnh từ vi điều khiển.

-

TX: chân gửi dữ liệu về vi điều khiển.

-

NET: chân anten.

-

RST: chân điều khiển reset.

-

PWK: chân bật/tắt mô đun.

 Tập lệnh kiểm tra và điều khiển trạng thái mô đun
Bảng 2-1 Bảng lệnh kiểm tra và điều khiển trạng thái mô đun

Lệnh

Phản hồi

Mô tả

AT+CPIN?

+CPIN: READY

Kiểm tra trạng
thái SIM

AT+CSQ

+CSQ: 24, 99

Kiểm tra chất
lượng tin hiệu

AT+CREG?

+CREG: 0,1

Kiểm tra đăng
ký mạng

AT+CPSI?

+CPSI:

Kiểm tra mạng

LTE, Online, 460-01, 0x230A,
175499523, 318, EUTRANBAND3,1650,5,0,21,67,255,19
AT+CRESET

OK

Khởi động lại
mô đun

ATI

Manufacturer: INCORPORATED

Kiểm tra thơng
tin mơ đun

Model: A7670C
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH

8


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Revision: A7670C-LASS
IMEI: 3516020345688570
+GCAP: +CGSM,+FCLASS,+DS

 Tập lệnh AT điều khiển tin nhắn:
Bảng 2-2 Bảng lệnh điều khiển tin nhắn
Lệnh

Mô tả

AT+CMGF=1

Chọn định dạng tin nhắn SMS ở dạng
kí tự

AT+CMGS="84XXXXXXXXX"

Gửi tin nhắn, 84 là mã khu vực Việt
Nam, X là số điện thoại, sau khi gửi
lệnh sẽ bắt đầu nhập nội dung tin nhắn.
Để gửi tin nhắn đi thì cần gửi kí tự
char(26) đối với Arduino

AT+CMGR=X

Đọc tin nhắn trong bộ nhớ, X là địa chỉ
tin nhắn cần đọc, thông tin đưa ra gồm
nội dung, số điện thoại
Hiển thị thông tin số lượng lưu trữ tin

AT+CPMS?

nhắn trong bộ nhớ hệ thống
 Tập lệnh AT HTTP
Trước khi khởi động giao thức, cần khai báo APN và dùng địa chỉ IP bằng 2 lệnh
AT+CGACT=1,1
AT+CGDCONT=1,"IP","v-internet"
Bảng 2-3 Bảng lệnh HTTP
Lệnh

Mô tả

AT+HTTPINIT

Khởi động giao thức HTTP

AT+HTTPTERM

Kết thúc giao thức HTTP

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9