Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo module đóng ngắt thiết bị điện qua mạng di động gsm

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ MẠNG DI ĐỘNG GSM 3

Tổng quan về mạng di động GSM 3
1.1.1. Giới thiệu về mạng di động GSM 3
1.1.2. Đặc điểm mạng di động GSM 3
1.1.3. Cấu trúc hệ thống mạng GSM 4

Tổng quan về tin nhắn SMS 6
1.2.1. Lịch sử tin nhắn SMS 6
1.2.2. Một số thành phần mạng GSM liên quan đến SMS 7
1.2.3. Tin nhắn SMS chuỗi/Tin nhắn SMS dài 8
1.2.4. Ưu điểm và một số ứng dụng của tin nhắn SMS 9
CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ SIM900 VÀ TẬP LỆNH AT 11
Tổng quan về Sim900 11
2.1.1. Giới thiệu về sim900 11
2.1.2. Sơ đồ chân sim900 13
2.1.3. Các chế độ hoạt động của sim900 18

Tập lệnh AT 19
2.2.1. Giới thiệu về tập lệnh AT 19
2.2.2. Cú pháp tổng quát của các lệnh AT mở rộng 21
2.2.3. Mã kết quả của lệnh AT 21
2.2.4. Một số lệnh AT được dùng 23
CHƯƠNG 3. TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A 27

Giới thiệu PIC16F877A 27
Cấu trúc bộ nhớ vi điều khiển PIC16F877A 29

3.2.1. Bộ nhớ chương trình của PIC16F877A 29
3.2.2. Bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877A 30

Các cổng xuất nhập của PIC16F877A 30
3.3.1. PORTA 31
3.3.2. PORTB 31
3.3.3. PORTC 31
3.3.4. PORTD 32
3.3.5. PORTE 32

Giao tiếp nối tiếp – USART 32
Ngắt – Interrup 33


CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MODULE ĐIỀU KHIỂN 35

Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển 35
Thiết kế phần cứng 36
4.2.1. Module sim900 36
4.2.2. Khối điều khiển. 43
4.2.3. Khối công suất 46

Thiết kế phần mềm 48
4.3.1. Lưu đồ chương trình chính 48
4.3.2. Lưu đồ xử lý tin nhắn mới 50
4.3.3. Lưu đồ thực hiện xử lý nội dung tin nhắn 52

Thử nghiệm hệ thống 54
PHỤ LỤC 57

DANH SÁCH HÌNH ẢNH




DANH SÁCH BẢNG

1
MỞ ĐẦU
Tính cần thiết của đề tài
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật hiện đại, việc điều
khiển các thiết bị điện tử từ đơn giản đến phức tạp đã không còn quá khó khăn. Trong
đó, phải kể đến việc điều khiển thiết bị từ xa, như không cần có mặt tại nhà nhưng vẫn
có thể điều khiển tắt mở điện hay cổng nhà, hệ thống tưới cây, bật đèn. Đó chỉ là một
trong số những ưu điểm vượt bậc của “Nhà thông minh” mà ngày nay các nhà nghiên
cứu đang phát triển. Việc điều khiển thiết bị từ xa đã trở nên phổ biến, trên thực tế
chúng ta có thể điều khiển thiết bị từ xa thông qua internet, thông qua mạng không dây
wireless hay qua sóng điện thoại di động GSM.
Mạng GSM hiện nay đã trở nên thông dụng trong cuộc sống, thông qua chiếc
điện thoại di động chúng ta có thể trò chuyện, nhắn tin, gọi điện thoại tới bạn bè,
người thân. Cùng với sự phát triển của công nghệ, các ứng dụng dựa trên điện thoại
cũng phát triển không ngừng cho phép chúng ta mở rộng các ứng dụng của chiếc điện
thoại ngoài chức năng nghe, gọi và nhắn tin như dịch vụ ngân hàng - SMS banking, tra
cứu thông tin, nạp tiền, đăng ký dịch vụ qua SMS. Và trong đồ án này, em sẽ trình bày
một ứng dụng cụ thể hơn về việc sử dụng mạng GSM để điều khiển thiết bị từ xa qua
tin nhắn bằng việc sử dụng module sim900.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Xã hội càng phát triển thì nhu cầu sử dụng các thiết bị điện một cách tự động
của con người ngày càng cao. Trên thế giới, việc điều khiển thiết bị từ xa đã được ứng
dụng rộng rãi từ lâu. Song tại Việt Nam, việc này chưa làm được một cách phổ biến
mà thường áp dụng cho những tòa nhà, biệt thự sang trọng, đắt tiền.
Hơn nữa, hiện nay các phương pháp điều khiển từ xa hay dùng như điều khiển
qua mạng internet, qua hồng ngoại, bên cạnh những ưu điểm thì cũng tồn tại những
nhược điểm nhất định. Ví dụ như để sử dụng được thiết bị điều khiển qua mạng
internet thì điều cần thiết là phải có mạng internet và thiết bị sử dụng mạng như máy vi
tính, điện thoại có hỗ trợ truy cập internet. Chính điều này đã trở thành một rào cản
không nhỏ cho việc phát triển các sản phẩm, bởi vì không phải lúc nào người ta cũng
ngồi bên máy vi tính hoặc không phải ai cũng có một chiếc điện thoại có hỗ trợ truy
cập internet.
Khắc phục những nhược điểm đó, hệ thống điều khiển từ xa bằng tin nhắn SMS
thông qua mạng GSM tỏ ra vượt trội và khả năng phát triển cao hơn. Đó là vì ngày nay
2
mạng GSM đã trở nên phổ biến, hầu như ai cũng có một chiếc điện thoại di động, và
100% các loại điện thoại di động này đều hỗ trợ tin nhắn SMS. Đây là một lợi thế vượt
trội hơn so với điều khiển bằng internet vì có những loại điện thoại không hỗ trợ
internet nhưng luôn hỗ trợ SMS. Một lý do khác cũng tác động đáng kể là chi phí của
việc sử dụng tin nhắn SMS tương đối nhỏ. Chính vì các lý do trên mà hệ thống điều
khiển này có thể áp dụng cho nhiều đối tượng khác nhau trong dân dụng cũng như
công nghiệp.
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu trong đồ án là:
- Tổng quan về mạng di động GSM và tin nhắn SMS
- Sim900 của hãng Simcom và tập lệnh AT để điều khiển
- Tổng quan về vi điều khiển PIC16F877A
Phương pháp và nội dung nghiên cứu.
Phương pháp và nội dung nghiên cứu trong đồ án là:
- Nghiên cứu tổng quan về mạng di động GSM và tin nhắn SMS.

- Nghiên cứu, tìm hiểu về sim900 của hãng Simcom và tập lệnh AT dùng
để điều khiển module sim900.
- Nghiên cứu, xây dựng chương trình cho vi điều khiển PIC16F877A thực
hiện việc điều khiển module sim900 để điều khiển thiết bị từ xa qua tin
nhắn SMS.
Mặc dù đã có cố gắng, nhưng do thời gian và khả năng hạn chế nên đồ án không
thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến
của thầy cô và các bạn để em có thể hòan thiện đồ án này.


3
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ MẠNG DI ĐỘNG GSM
Tổng quan về mạng di động GSM
1.1.1. Giới thiệu về mạng di động GSM
GSM là viết tắt của từ “Global System for Mobile Communication” - Mạng
thông tin di động toàn cầu. Nó là công nghệ không dây thuộc thế hệ 2G có cấu trúc
mạng tế bào, cung cấp dịch vụ truyền giọng nói và chuyển giao dữ liệu chất lượng cao
với các băng tần khác nhau: 400Mhz, 900Mhz, 1800Mhz và 1900Mhz được tiêu chuẩn
Viễn thông Châu Âu (European Telecommunications Standards Institute – ETSI ) quy
định [2].
GSM được xây dựng và đưa vào sử dụng đầu tiên bởi Radiolinja ở Phần Lan.
Vào năm 1989 công việc liên quan đến quản lý tiêu chuẩn và phát triển mạng GSM
được chuyển cho viện Viễn thông Châu Âu, và các đặc tính, tiêu chuẩn của GSM được
công bố lần đầu tiên vào năm 1990. Vào cuối năm 1993, đã có hơn 1 triệu thuê bao sử
dụng mạng GSM của hơn 70 nhà cung cấp dịch vụ trên 48 quốc gia. Hiện nay, GSM
được sử dụng bởi hơn 2 tỷ người trên hơn 200 quốc gia và các vùng lãnh thổ khác
nhau 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 người 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 lượng cuộc gọi.
Lợi thế của mạng di động GSM chính là chất lượng 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
công nghệ GSM được 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 được phát triển thêm
tính năng truyền dữ liệu như GPRS với tốc độ cao hơn sử dụng EDGE như trước 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 trường đó là Viettel, Vinaphone và Mobiphone [2].
1.1.2. Đặc điểm mạng di động GSM
GSM được thiết kế độc lập với hệ thống nên hoàn toàn không phụ thuộc vào
phần cứng mà chỉ tập trung vào chức năng và ngôn ngữ giao tiếp của hệ thống. Chính
4
điều này đã tạo điều kiện cho người 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: công nghệ GSM không chỉ cho phép các thuê bao trong cùng
mạng, cùng lãnh thổ quốc gia thực hiện việc kết nối với nhau, mà nó còn cho phép
chuyển giao giữa các mạng GSM trên toàn cầu và cho phép thực hiện việc kết nối khi
người 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 lượng 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 người sử dụng [2].
1.1.3. Cấu trúc hệ thống mạng GSM
Cấu trúc của mạng GSM có thể được chia thành ba phần [16]:
Trạm di động (Mobile Station) được người thuê bao mang theo.
Hệ thống trạm gốc (Base Station Subsystem) điều khiển kết nối vô tuyến với
trạm di động.
Hệ thống mạng (Network Subsystem), với bộ phận chính là Trung tâm chuyển
mạch dịch vụ di động (MSC), thực hiện việc chuyển mạch cuộc gọi giữa các thuê bao
di động và giữa các thuê bao di động với thuê bao của mạng cố định. MSC cũng thực
hiện các chức năng quản lý di động. Ở hình 1.1 dưới đây không vẽ trung tâm vận hành
bảo dưỡng (OMC) với chức năng đảm bảo vận hành và thiết lập mạng. Trạm di động
và hệ thống trạm gốc giao tiếp thông qua giao diện Um, hay gọi là giao diện không
gian hoặc kết nối vô tuyến. Hệ thống trạm gốc giao tiếp với MSC qua giao diện A.
5

Hình 1.1. Cấu trúc tổng quan mạng GSM
Trạm di động (MS) bao gồm điện thoại di động và một thẻ thông minh xác thực
thuê bao (SIM). SIM cung cấp khả năng di động cá nhân, vì thế người sử dụng có thể
lắp SIM vào bất cứ máy điện thoại di động GSM nào truy nhập vào dịch vụ đã đăng
ký. Mỗi điện thoại di động được phân biệt bởi một số nhận dạng điện thoại di động
IMEI (International Mobile Equipment Identity). Thẻ SIM chứa một số nhận dạng
thuê bao di động IMSI (International Subcriber Identity) để hệ thống nhận dạng thuê
bao, một mật mã để xác thực và các thông tin khác. IMEI và IMSI hoàn toàn độc lập
với nhau để đảm bảo tính di động cá nhân. Thẻ SIM có thể chống việc sử dụng trái
phép bằng mật khẩu hoặc số nhận dạng cá nhân (PIN) [16].
Hệ thống trạm gốc gồm có hai phần Trạm thu phát gốc (BTS) và Trạm điều
khiển gốc (BSC). Hai phần này giao tiếp với nhau qua giao diện Abis, cho phép các
thiết bị của các nhà cung cấp khác nhau có thể "kết nối" với nhau được.

Trạm thu phát gốc có bộ thu phát vô tuyến xác định một ô (cell) và thiết lập giao
thức kết nối vô tuyến với trạm di động. Trong một khu đô thị lớn thì số lượng BTS cần
lắp đặt sẽ rất lớn. Vì thế, yêu cầu đối với trạm BTS là chắc chắn, ổn định, có thể di
chuyển được và giá thành tối thiểu.
Trạm điều khiển gốc quản lý tài nguyên vô tuyến cho một hoặc vài trạm BTS. Nó
thực hiện thiết lập kênh vô tuyến, phân bổ tần số, và chuyển vùng. BSC là kết nối giữa
trạm di động và tổng đài chuyển mạch di động MSC [16].
Hệ thống mạng: thành phần trung tâm của hệ thống mạng là tổng đài chuyển
mạch di động MSC. Nó hoạt động giống như một tổng đài chuyển mạch PSTN hoặc
ISDN thông thường, và cung cấp tất cả các chức năng cần thiết cho một thuê bao di
động như: đăng ký, xác thực, cập nhật vị trí, chuyển vùng, định tuyến cuộc gọi tới một
6
thuê bao roaming (chuyển vùng). MSC cung cấp kết nối đến mạng cố định ( PSTN
hoặc ISDN). Báo hiệu giữa các thành phần chức năng trong hệ thống mạng sử dụng
Hệ thống báo hiệu số 7 (SS7).
Bộ ghi địa chỉ thường trú (HLR) và Bộ ghi địa chỉ tạm trú (VLR) cùng với tổng
đài chuyển mạch di động MSC cung cấp khả năng định tuyến cuộc gọi và roaming cho
GSM. HLR bao gồm tất cả các thông tin quản trị cho các thuê bao đã được đăng ký
của mạng GSM, cùng với vị trí hiện tại của thuê bao. Vị trí của thuê bao thường dưới
dạng địa chỉ báo hiệu của VLR tương ứng với trạm di động. Chỉ có một HLR logic cho
toàn bộ mạng GSM mặc dù nó có thể được triển khai dưới dạng cơ sở dữ liệu phân bố.
Bộ ghi địa chỉ tạm trú (VLR) bao gồm các thông tin quản trị được lựa chọn từ
HLR, cần thiết cho điều khiển cuộc gọi và cung cấp dịch vụ thuê bao, cho các di động
hiện đang ở vị trí mà nó quản lý. Mặc dầu các chức năng này có thể được triển khai ở
các thiết bị độc lập nhưng tất cả các nhà sản xuất tổng đài đều kết hợp VLR vào MSC,
vì thể việc điều khiển vùng địa lý của MSC tương ứng với của VLR nên đơn giản
được báo hiệu. Chú ý rằng MSC không chứa thông tin về trạm di động cụ thể- thông
tin này được chứa ở bộ ghi địa chỉ
Có hai bộ ghi khác được sử dụng cho mục đính xác thực và an ninh . Bộ ghi nhận
dạng thiết bị (EIR) là một cơ sở dữ liệu chứa một danh sách của tất cả các máy điện di

dộng hợp lệ trên mạng với mỗi máy điện thoại được phân biệt bởi số IMEI. Một IMEI
bị đánh dấu là không hợp lệ nếu nó được báo là bị mất cắp hoặc có kiểu không tương
thích. Trung tâm xác thực (AuC) là một cơ sở dữ liệu bảo vệ chứa bản sao các khoá
bảo mật của mỗi card SIM, được dùng để xác thực và mã hoá trên kênh vô tuyến [16].

Tổng quan về tin nhắn SMS
1.2.1. Lịch sử tin nhắn SMS
SMS là viết tắt của Short Message Service
- dịch vụ tin nhắn ngắn [14]. Nó là
một công nghệ cho phép việc gửi và nhận tin nhắn giữa các điện thoại di động. SMS
lần đầu tiên xuất hiện ở châu Âu vào năm 1992. Nó đã được bao gồm trong công nghệ
GSM tiêu chuẩn ngay từ đầu. Sau đó nó được chuyển đến công nghệ không dây như
CDMA và TDMA. Các tiêu chuẩn GSM và tin nhắn SMS đã được ban đầu được phát
triển bởi Viện Tiêu Chuẩn viễn thông Châu Âu. Bây giờ 3GPP (Third Generation
Partnership Project) chịu trách nhiệm cho sự phát triển và duy trì các tiêu chuẩn GSM
và tin nhắn SMS [2].
7
Theo đề nghị của tên "Dịch vụ tin nhắn ngắn", các dữ liệu có thể được tổ chức
bởi một tin nhắn SMS là rất hạn chế. Một tin nhắn SMS có thể chứa nhiều nhất là 140
byte (1120 bit) dữ liệu, do đó, một tin nhắn SMS có thể chứa đến:
- 160 ký tự nếu 7 bit mã hóa ký tự được sử dụng. (7 bit ký tự mã hóa thích hợp
cho việc mã hóa các ký tự Latin như bảng chữ cái tiếng Anh).
- 70 ký tự nếu 16 bit Unicode mã hóa ký tự UCS2 được sử dụng. (Tin nhắn
SMS tin nhắn văn bản có chứa các ký tự phi Latinh như ký tự Trung Quốc nên sử
dụng ký tự mã hóa 16 bit).
Tin nhắn văn bản SMS hỗ trợ ngôn ngữ quốc tế. Nó hoạt động tốt với tất cả các
ngôn ngữ được hỗ trợ bởi Unicode, bao gồm cả tiếng Ả Rập, Trung Quốc, Nhật Bản
và Hàn Quốc.
Ngoài văn bản, tin nhắn SMS cũng có thể mang dữ liệu nhị phân. Có thể gửi
nhạc chuông, hình ảnh, logo mạng, hình nền, hình động, thẻ kinh doanh (ví dụ như

vCards) và cấu hình WAP đến một điện thoại di động với tin nhắn SMS.
Một lợi thế lớn của tin nhắn SMS là nó được hỗ trợ bởi 100% điện thoại di động
GSM. Hầu như tất cả các thuê bao có kế hoạch cung cấp bởi các hãng không dây bao
gồm dịch vụ tin nhắn SMS không tốn kém. Không giống như tin nhắn SMS, công
nghệ điện thoại di động như WAP và điện thoại di động Java không hỗ trợ nhiều mô
hình điện thoại di động cũ [14].
1.2.2. Một số thành phần mạng GSM liên quan đến SMS
Các thành phần trong mạng GSM có chức năng liên quan đến SMS [2] bao gồm:
SME (Short Messaging Entities): là một thành phần mà tại đó có thể gửi hoặc
nhận thông điệp. SME có thể đặt tại một vị trí cố định trong mạng, trạm di động hoặc các
trung tâm dịch vụ khác.
SMSC (Short Message Service Center): Chịu trách nhiệm chứa và chuyển tiếp các
thông điệp ngắn giữa SME và trạm di động, nó đảm bảo việc phân phối thông điệp trong
mạng. Thông điệp sẽ được chứa tại SMSC cho đến khi đích sẵn sàng nhận, vì vậy người
dùng có thể gửi và nhận thông điệp bất kỳ lúc nào.
SMS Gateway: có nhiệm vụ kết nối và duy trì kết nối với trung tâm dịch vụ nhắn tin
SMSC, giao thức kết nối là SMPP, phiên bản phổ biến hiện nay là SMPP v3.3/3.4. Kết nối
này được khởi tạo một lần và duy trì liên tục trong suốt quá trình hoạt động. Trong trường
hợp có sự cố về mạng dẫn tới kết nối bị gián đoạn, SMS Gateway sẽ kiểm tra đường liên
8
tục và lập tức kết nối lại với SMSC ngay sau khi sự cố được khắc phục.


Hình 1.2. SMS Gateway với chức năng chuyển tiếp
Ngoài ra SMS Gateway còn có chức năng lưu trữ và gửi đi: Chức năng này đảm bảo
an toàn dữ liệu và phục vụ các mục đích thống kê lưu lượng. Trong trường hợp sự cố xảy
ra, cơ chế này cho phép lưu trữ các bản tin và gửi đi khi hệ thống đã sẵn sàng. Toàn bộ
các tin nhắn gửi qua đều được SMS Gateway lưu trữ vào cơ sở dữ liệu tập trung và có các
công cụ để người quản trị theo dõi giám sát lưu lượng.
HLR (Home Location Register): Là một cơ sở dữ liệu dùng để lưu trữ và quản lí

các thông tin thường xuyên về thuê bao. Nó được truy vấn bởi SMSC.
MSC (Mobile Switching Center): Thực hiện chức năng chuyển mạch của hệ
thống, điều khiển các cuộc gọi đến từ các hệ thống điện thoại và các hệ thống dữ liệu
khác.
VLR (Visitor Location Register): Là một cơ sở dữ liệu chứa đựng các thông tin
tạm thời về thuê bao.
BSS (Base Station System): Tất cả các chức năng liên quan đến sóng vô tuyến đều
được thực hiện trong BSS. BSS bao gồm các trạm điều khiển (BSC) và các trạm thu phát
sóng (BTS). Chức năng chính của nó là truyền tiếng nói và dữ liệu qua lại giữa các mạng
di động.
MS (Mobile Station): Là thiết bị không dây có khả năng gửi và nhận thông điệp
SMS cũng như các cuộc gọi. Thông thường các thiết bị này là các điện thoại di động kỹ
thuật số, nhưng thời gian gần đây SMS đã được mở rộng đến các thiết bị đầu cuối khác
như: PDA, máy tính xách tay, modem GSM.
1.2.3. Tin nhắn SMS chuỗi/Tin nhắn SMS dài
Một hạn chế của công nghệ tin nhắn SMS là một tin nhắn SMS chỉ có thể mang
theo một số lượng rất hạn chế của dữ liệu [14]. Để khắc phục nhược điểm này, một
phần mở rộng được gọi là nối tin nhắn SMS (cũng được biết đến như tin nhắn SMS
dài) được phát triển. Một tin nhắn SMS văn bản có thể chứa hơn 160 ký tự tiếng Anh.
Nguyên tắc của việc nối SMS hoạt động như sau: điện thoại di động của người gửi tin
9
sẽ chia một tin nhắn dài thành những phần nhỏ hơn và gửi và gửi các phần nhỏ này đi.
Khi các tin nhắn SMS đến đích của người nhận, điện thoại người nhận điện thoại di
động sẽ kết hợp chúng lại một tin nhắn dài như ban đầu được gửi.
Hạn chế của tin nhắn SMS dài là nó được ít hỗ trợ rộng rãi hơn so với các tin
nhắn SMS trên các thiết bị không dây wireless.
1.2.4. Ưu điểm và một số ứng dụng của tin nhắn SMS
SMS là một thành công trên toàn thế giới. Số lượng tin nhắn SMS trao đổi mỗi
ngày là rất lớn. Tin nhắn SMS bây giờ là một trong những nguồn thu quan trọng của
các hãng hàng không dây. Một số lý do để tin nhắn SMS trên toàn thế giới nên phổ

biến được đưa ra như sau [14]:
Tin nhắn SMS có thể được gửi và đọc bất cứ lúc nào
Ngày nay, hầu như tất cả mọi người có một điện thoại di động và mang nó hầu
hết thời gian trong ngày. Với một chiếc điện thoại di động, chúng có thể gửi và đọc tin
nhắn SMS bất cứ lúc nào, không còn là vấn đề khi người sử dụng đang ở trong văn
phòng, trên xe buýt hay ở nhà.
Tin nhắn SMS có thể được gửi đến một điện thoại khi nó tắt nguồn hoặc ngoài
vùng phủ sóng.
Không giống như một cuộc gọi điện thoại, chúng ta có thể gửi tin nhắn SMS cho
người cần liên lạc khi mà họ không mở nguồn điện thoại di động hoặc khi đang ở một
nơi mà tín hiệu sóng yếu hoặc không có. Hệ thống tin nhắn SMS của các nhà điều
hành mạng di động sẽ lưu trữ các tin nhắn SMS lại và sau đó gửi nó cho người nhận
khi điện thoại di động của họ đã bật nguồn trở lại hoặc đã ở trong vùng phủ sóng.
Điểm nổi bật so với cuộc gọi
Không giống như một cuộc gọi, trả lời điện thoại, chúng ta không cần phải đọc
hoặc trả lời tin nhắn SMS ngay lập tức. Bên cạnh đó, việc viết và đọc các tin nhắn
SMS không gây tiếng ồn quá lớn như thực hiện cuộc gọi và trả lời điện thoại. Trong
khi chúng ta có thể ra khỏi một rạp hát hay thư viện để trả lời cuộc gọi điện thoại
nhưng chúng ta không cần phải làm như vậy nếu tin nhắn SMS được sử dụng.
Tin nhắn SMS được hỗ trợ bởi 100% điện thoại di động GSM và chúng có thể
được trao đổi giữa các nhà mạng.
Tin nhắn SMS là một công nghệ rất trưởng thành. Tất cả các điện thoại di động
GSM hỗ trợ nó. Không chỉ là bạn có thể trao đổi tin nhắn SMS với người sử dụng điện
10
thoại di động của cùng nhà cung cấp dịch vụ không dây, nhưng bạn cũng có thể trao
đổi tin nhắn SMS với người sử dụng điện thoại di động của nhiều nhà cung cấp khác
trên toàn thế giới.
SMS là một công nghệ phù hợp cho các ứng dụng không dây để xây dựng
Dưới 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 được 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
người dùng tiềm năng.
Thứ hai, các tin nhắn SMS có khả năng mang dữ liệu nhị phân ngoài văn bản.
Chúng có thể được sử dụng để chuyển nhạc chuông, 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 quá trình thanh toán được thực hiện
một cách thuận tiện. Người sử dụng điện thoại di động hoàn toàn có thể tải logo, hình
nền, nhạc chuông, nhạc chờ điện thoại chỉ bằng cách soạn tin nhắn SMS theo cấu trúc
cú pháp cho trước và gửi đến số dịch vụ. Chi phí phát sinh sẽ được trừ trực tiếp vào tài
khoản của người sử dụng.
Ngoài ra, tin nhắn SMS hiện nay có rất nhiều ứng dụng thực tế và cần thiết với
người sử dụng. Người ta có thể sử dụng để thông 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 người sử dụng bất cứ khi nào một email đến hộp thư đến. Một hệ thống email
thông báo có thể cho phép người dùng tùy biến bộ lọc khác nhau để một cảnh báo tin
nhắn SMS được gửi chỉ khi thông báo email có chứa từ khóa nhất định hoặc nếu người
gửi email là một người quan trọng. Tin nhắn SMS cũng được sử dụng trong các hệ
thống cảnh báo từ xa. Trong một ứng dụng hệ thống giám sát từ xa, một chương trình
(đôi khi có các cảm biến) sẽ liên tục theo dõi tình trạng của một hệ thống từ xa. Nếu
một điều kiện nhất định được thỏa mãn như có rò khí ga, nhiệt độ tăng đột biến, có đột
nhập thì chương trình sẽ gửi tin nhắn văn bản đến người sử dụng. Và người sử dụng
hoàn toàn cũng có thể điều khiển các thiết bị như bật đèn, quạt, tưới nước theo ý
muốn của mình.

11
CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ SIM900 VÀ TẬP LỆNH AT

Tổng quan về Sim900

2.1.1. Giới thiệu về sim900
Sim900 là một sản phẩm của công ty SIMCom sản xuất. Nó là một module
GSM/GPRS cực kỳ nhỏ gọn, được thiết kế cho thị trường toàn cầu. Sim900 hoạt động
được ở 4 băng tần GSM 850MHz, EGSM 900MHz, DCS 1800MHz và PCS 1900MHz
như là một loại thiết bị đầu cuối với một Chip xử lý đơn nhân, tăng cường các tính
năng quan trọng dựa trên nền vi xử lý ARM926EJ-S. Kích thước sim nhỏ gọn (24mm
x24 mm x 3mm), đáp ứng những yêu cầu về không gian trong các ứng dụng M2M
điện thoại thông minh, PDA và các thiết bị di động khác [17].
Sim900 được sử dụng trong đồ án này để làm module sim900, có kết nối với sim
điện thoại di động làm GSM modem. Module sim900 sẽ kết nối với các thiết bị khác,
phục vụ cho việc đóng ngắt thiết bị điện.

Hình 2.1. Hình ảnh sim 900
Các thông số cơ bản của sim900 được trình bày trong bảng 2.1 dưới đây:
Bảng 2.1 Các thông số cơ bản của sim900
Tính năng Thực hiện
Ngu
ồn cung cấp

Nguồn một chiều từ 3.4V - 4.5V

Ti
ết kiệm điện

Tiêu thụ điện năng ở chế độ SLEEP là 1.5mA (BS-
PA-
MFRMS
= 5)

12
D
ải tần số

SIM900 Với 4 băng tần: 850 GSM, 900
EGSM, 1800
DCS
, 1900 PCS. Các SIM900 có thể tự động tìm kiế
m các
băng t
ần. Các băng tần cũng có thể được thiết lập bằ
ng
lệ
nh AT.
Dễ tương thích với GSM Phase 2/2+
GSM
Class Small MS
Truy
ền tải điệ
n năng
Class 4 (2W) cho EGSM900
Class 1 (1W) cho DCS1800 và PCS 1900
K
ết nối GPRS
GPRS multi-slot class 10 (mặc định)
GPRS multi-slot class 8 (tùy chọn)
GPRS trạm di động Class B
Nhi
ệt độ
Hoạt động bình thường: -30°C đến 80°C

Hoạt động hạn chế: -40°C đến -30°C và 80°C đến 85
°C
Nhiệt độ bảo quản -45°C đến 90°C
D
Ữ LIỆU GPRS:
GPRS chuyển dữ liệu hướng xuống: tố
i đa 85,6 kbps
GPRS chuyển dữ liệu hướng lên: tối đa 42,8 kbps
Mã chương trình: CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4
SIM9000 hỗ trợ các giao thức PAP (Password
Authentication Protocol) thư
ờng được sử dụ
ng cho các kết
nố
i PPP.
SIM900 tích hợp giao thức TCP / IP.
Hỗ trợ chuyển mạch gói Broadcast Channel Control
(PBCCH)

CSD truyền tỷ lệ: 2.4, 4.8, 9.6, 14.4 kbps
Không có cấu trúc bổ sung các dịch vụ dữ liệ
u (USSD)
hỗ
trợ
SMS

MT, MO, CB, văn bản và chế độ PDU
SMS lưu trữ: thẻ SIM

13

FAX
Group 3 class 1
SIM
giao diện Hỗ trợ thẻ SIM: 1.8V, 3V
Ăng
-ten bên ngoài

Thu sóng tốt
G
iao tiếp Serial
và
giao
tiếp Debug
Serial Port:
8 đường trên giao tiếp Serial Port.
Serial Port có thể được sử dụng cho CSD FAX, d
ịch
vụ
GPRS và gửi lệnh AT để điều khiển module.
Serial Port có thể sử dụng chức năng ghép kênh
Autobauding hỗ trợ tốc độ baud từ 1200 bps đế
n
115200bps.

Debug Port:
Hai đường trên giao tiế
p Serial Port là TXD và RXD
Debug Port chỉ được sử dụng để gỡ rối hoặ
c nâng
cấ

p firmware
Qu
ản lý danh bạ
Hỗ trợ danh bạ điện thoại các loại: SM, FD, LD
, RC,
ON
, MC.
B
ộ công cụ ứng d
ụng
SIM

Hỗ trợ SAT lớp 3, GSM Release 99 11,14
Đ
ồng hồ thờ
i gian thực
Có sẵn
Ch
ức năng hẹn giờ

Lập trình thông qua lệnh AT
Đ
ặc điểm vật lý
Kích thước: 24mm x 24mm x 3mm
Khối lượng: 13.8g
2.1.2. Sơ đồ chân sim900
Sim900 có 68 chân [6], được bố trí đều tại 4 cạnh của sim. Vị trí từng chân được
thể hiện như trong hình 2.2.
14

Hình 2.2. Sơ đồ chân sim900
Chức năng từng chân [6] được thể hiện trong bảng 2.2 như sau.
Bảng 2.2. Chức năng các chân sim900
STT
Tên chân
I/O
Miêu tả
1
PWRKEY

I
PWRKEY được dùng để bật hay tắt ngu
ồn hệ
thố
ng. Người sử dụng điều khiển PWRKEY ở
mức
điệ
n áp thấp trong một thời gian ngắn bở
i vì hệ
thố
ng cần có một khoảng thời gian ngắn để
kích
sim900 ho
ạt động.
15
2
PWRKEY_OUT
O
Khi kết nố
i PWRKEY và PWRKEY_OUT ,

ngư
ời sử dụng kích hoạt nó trong một thờ
i gian ngắn
sau đó thoát ra thì cũng có th
ể khởi động ho
ặc tắt
các module.

3
DTR

I
Dữ liệu thiết bị đầu cuối sẵn sàng
4
RI

O
Chỉ thị chuông
5
DCD

O
Phát hiện dữ liệu mang theo
6
DSR

O
Dữ liệu cài đặt sẵn sàng
7
CTS

O
Xóa để gửi
8
RTS

I
Yêu cầu để gửi
9
TXD

O
Truyền dữ liệu
10
RXD

I
Nhận dữ liệu
11
DISP_CLK

O
Khối hiển thị
12
DISP_DATA
I/O
13
DISP_D/C

O

14
DISP_CS

15
VDD_EXT

O
Nguồn ra 2.8V
16
NRESET

I
Reset lại sim900.
17
GND


Nối đất
18
GND

19
MIC_P

I
Xác định và không xác định tần số
âm thanh
đầ
u vào
20

MIC_N

21
SPK_P

O
Xác định và không xác định tần số
âm thanh
đầ
u ra
22
SPK_N

23
LINEIN_R

I
Tuyến vào
24
LINEIN_L

16
25
ADC

I
Chuyển đổi tương tự sang số.
Nguồn vào từ 0-3V
26
VRTC

I/O
Ngõ vào cho RTC: khi không có nguồ
n cung
cấp cho h
ệ thống.
Ngõ vào nguồn dữ trữ: khi nguồ
n chính đã có
và ngu
ồn dữ trữ ở mức thấp
27
DBG_TXD

O
Gỡ lỗi và nâng cấp firmware
28
DBG_RXD

I
29
GND


Nối đất
30
SIM_VDD

O
Cấp nguồn cho simcard
31

SIM_DATA
I/O
Dữ liệu đầu ra của sim
32
SIM_CLK

O
Sim clock
33
SIM_RTS

O
Reset lại sim
34
SIM_PRESENCE
I
Phát hiện simcard
35
PWM1

O
Đầu ra PWM
36
PWM2

37
SDA

I/O
Đường truyền dữ liệu I

2
C
38
SCL

O
Đường truyền I
2
C
39
GND


Nối đất
40
GPIO1/KBR4
O
Khối bàn phím
41
42
43
44
45
GND


Nối đất
46
17
47

GPIO6/KBC4
O
Giao diện bàn phím
48
49
50
51
52
NETLIGHT
O
Trạng thái mạng. Chân này được nối vớ
i một
LED, khi b
ắt được tần số mạng của sim lắ
p vào,
LED này s
ẽ luôn luôn nhấp nháy.
53
GND


Nối đất
54
55
VBAT

I
3 chân VBAT được dành riêng để kết nố
i điện
áp cung c

ấp cho sim900 hoạt động. Nguồn đi
ện áp
củ
a sim900 hoạt độ
ng là VBAT = 3.4V 4.5V. Nó
ph
ải có khả năng cung cấp đủ dòng điệ
n trong tăng
mạ
ch khi sim900 bắt đầu hoạt độ
ng. Dòng điện
cung c
ấp I thường tăng lên đến 2A.
Hiệu điện thế chuẩn: V
chuẩn
= 4.0V
Hiệu điện thế lớn nhất: V
max
= 4.5V
Hiệu điện thế nhỏ nhất: V
min
= 3.4V
56
VBAT

57
VBAT

58
GND

Nối đất
59
GND

60
RF_ANT

O
Ăng ten thu sóng
61
GND




Nối đất



62
63
64
65
18
66
STATUS

O

Hiển thị trạng thái làm việc của sim bằ
ng đèn
LED. Khi có ngu
ồn cung cấp cho sim900 hoạ
t động,
LED này s
ẽ sáng
67
GPIOI1



68
GPIOI2



2.1.3. Các chế độ hoạt động của sim900
Sim900 có ba chế độ hoạt động khác nhau [6], với các chế độ này thì nguồn tiêu
thụ và sự hoạt động cũng khác nhau. Chi tiết các chế độ hoạt động của sim900 được
thể hiện tại bảng 2.3.
Bảng 2.3. Các chế độ hoạt động của sim900
Chế độ Hoạt động
Ch
ế độ bình thư
ờng
GSM/GPRS
SLEEP
Sim900 sẽ tự động đi vào chế độ
SLEEP

(ch
ế độ nghỉ) nếu DTR được thiết lậ
p là mức
cao và không có ng
ắt ở phần cứ
ng. Trong
trư
ờng hợp này, dòng tiêu thụ củ
a module
sim900 s
ẽ được làm giảm tối thiểu chỉ
còn
1.5mA.

Trong chế độ SLEEP, các mô-đun vẫ
n có
th
ể nhận được tin nhắn SMS từ hệ thố
ng bình
thư
ờng.
GSM IDLE
Ph
ần mềm được kích hoạt để hoạt đ
ộng.
Sim900 đã đăng nh
ập vào hệ thống m
ạng
GSM, và
sẵn sàng để gửi và nhận

tin nhắn,
cu
ộc gọi
GSM TALK
Kết nối giữa sim900 và thiết bị
khác hỗ
tr
ợ GPRS được thực hiện. Trong trườ
ng hợp
này, công su
ất tiêu thụ phụ thuộ
c vào các thiết
lậ
p mạng như DTX bật/tắt,
FR/EFR/HR, ăng-
ten.


19
GPRS
STANDBY
Sim900 đã sẵn sàng cho việc kế
t nối
GPRS, nhưng không có d
ữ liệu hiệ
n đang
đư
ợc gửi hoặc nhận được. Trong trườ
ng hợp
này, công su

ất tiêu thụ phụ thuộ
c vào các thiết
lậ
p mạng và cấu hình GPRS.
GPRS
DATA
Dữ liệu GPRS đã được truyề
n (PPP hoặc
TCP ho
ặc UDP) trong quá trình hoạt đ
ộng.
Trong trư
ờng hợp này, công suất tiêu th
ụ có
liên
quan với các thiết lập mạng (ví dụ
như
đi
ều khiển chế độ công suất), tốc độ
uplink /
downlink và c
ấu hình GPRS.
Chế độ tắt ngu
ồn
Sim900 có thể tắt nguồn bằng cách gửi lệ
nh "AT +
CPOWD = 1"
hoặc bằng cách sử dụng trực tiế
p chân
PWRKEY. Ngu

ồn quản lý ASIC ngắt kết nối các nguồ
n cung
cấ
p từ sim900. Và nó chỉ cung cấp năng lượ
ng cho các RTC
còn l
ại. Phần mềm không hoạt động. Không thể truy cậ
p các
cổ
ng nối tiếp khác. Tuy nhiên điện áp hoạt động (kết nố
i với
VBAT) v
ẫn còn.
Ngừng hoạt độ
ng
nhưng không c
ần
ng
ắt nguồ
n cung cấp
Sử dụng lệnh "AT + CFUN" để thiết lập sim900 về
chế
độ
tiết kiệm mà không cần loại bỏ các nguồn cung cấ
p năng
lư
ợng. Trong trường hợp này, phần ăng ten sẽ
không làm
vi
ệc hoặc SIM card sẽ không thể truy cập được, hoặc c

ả hai
ph
ần ăng ten và SIM card sẽ không hoạt động. Nguồ
n tiêu thụ
trong trư
ờng hợp này là rất thấp.
Tập lệnh AT
2.2.1. Giới thiệu về tập lệnh AT
Tập lệnh AT (AT – ATtention) còn gọi là tập lệnh Hayes, được phát triển lúc đầu
bởi Hayes Communications cho modem Hayes Smartmodem 300 vào năm 1997 [13].
Tập lệnh bao gồm một loạt các chuỗi ký tự được kết hợp lại để tạo thành những lệnh
hoàn chỉnh cho những tao tác như gọi, giữ, và thay đổi các tham số kết nối. Ngày nay
hầu hết các modem đều sử dụng tập lệnh Hayes. Các lệnh này đều bắt đầu bằng “AT”.
20
Một cách để gửi lệnh AT đến GSM/GPRS modem là sử dụng một chương trình
đầu cuối. Chức năng của chương trình này là gửi các ký tự được gõ vào GSM/GPRS
modem, sau đó hiển thị những phản hồi nó nhận được từ modem này lên màn hình. Có
thể dùng các chương trình như Hyper Terminal, TeraTerm…
Trong đồ án này, thiết bị đầu cuối chính là khối điều khiển chứa vi điều khiển
PIC16F877A, vi điều khiển này sẽ gửi các lệnh AT thực hiện các nhiệm vụ, chức năng
khác nhau cho sim900 để thực hiện các lệnh.
Dưới đây là một vài chức năng mà lệnh tập lệnh AT có thể thực hiện với một
GSM/GPRS modem hoặc máy điện thoại di động:
- Lấy các thông tin cơ bản về máy điện thoại di động hoặc về GMS/GPRS
modem .
- Lấy các thông tin cơ bản về thuê bao.
- Lấy thông tin hiện tại về tình trạng của máy điện thoại hoặc GSM/GPRS
modem.
- Thiết lập một kết nối dữ liệu hoặc cuộc gọi tới một modem khác (ATD, ATA).
- Gửi (AT+CMGS, AT+CMSS), đọc (AT+CMGR, AT+CMGL), ghi

(AT+CMGW) hoặc xóa (AT+CMGD) tin nhắn SMS và lấy thông báo nếu có tin
nhắn SMS vừa nhận (AT+CNMI).
Các nhà sản xuất điện thoại không luôn kế thừa tất cả các lệnh AT, tham số lệnh
và giá trị tham số trong sản phẩm của họ. Bên cạnh đó, hoạt động của các lệnh AT
được kế thừa có thể khác với lệnh được định nghĩa trong tiêu chuẩn. Nói một cách
tổng quát, GSM/GPRS modem được thiết kế cho các ứng dựng không dây hỗ trợ tập
lệnh AT tốt hơn so với các điện thoại di động.
Ngoài ra, một vài lệnh AT cũng đòi hỏi được hỗ trợ bởi nhà mạng. Ví dụ, SMS
thông qua GPRS có thể được kích hoạt trên một số điện thoại có GPRS và GPRS
modem với lệnh +CGSMS. Nhưng nếu nhà mạng di động không hỗ trợ việc truyền tin
nhắn qua SMS thì không thể thực hiện tính năng này.
Các lệnh AT căn bản và mở rộng
Có ba dạng lệnh AT: căn bản, mở rộng và cú pháp tham số [13].
Lệnh căn bản là những lệnh không bắt đầu với “+”. Ví dụ, D (Dial), A (Answer),
H (Hook control) and O (Quay lại tình trạng dữ liệu trực tuyến) là những lệnh căn bản.
21
Những lệnh mở rộng là những lệnh AT bắt đầu với dấu "+". Mọi lệnh GSM AT
đều là lệnh mở rộng. Ví dụ, +CMGS (Gửi tin nhắn SMS), +CMSS (Gửi tin nhắn SMS
từ bộ nhớ), +CMGL (Liệt kê các tin nhắn SMS) và +CMGR (Đọc tin nhắn SMS) là
những lệnh mở rộng.
2.2.2. Cú pháp tổng quát của các lệnh AT mở rộng
Cú pháp tổng quát của các lệnh AT mở rộng khá rõ ràng. Dưới đây là các quy tắc
của các lệnh AT mở rộng:
Quy tắc 1: Tất cả các lệnh phải bắt đầu với “AT” và kết thúc với ký tự về đầu
dòng (CR – carriage return)
Quy tắc 2: Một dòng lệnh có thể bao gồm nhiều hơn một lệnh AT. Chỉ có lệnh
đầu tiên bắt đầu với “AT”. Các lệnh còn lại trên dòng sẽ cách nhau bằng dấu chấm
phẩy “;”.
Quy tắc 3: Chuỗi ký tự được để trong dấu nháy kép “”.
Quy tắc 4: Thông tin phản hồi và mã kết quả (bao gồm mã kết quả cuối cùng và

mã kết quả không mong muốn) luôn bắt đầu với một ký tự về đầu dòng và một ký tự
xuống dòng.
2.2.3. Mã kết quả của lệnh AT
a. Mã kết quả cuối cùng
Mã kết quả cuối cùng đánh dấu kết thúc phản hồi cho một lệnh AT. Nó cho biết
GSM modem đã hoàn thành thực thi lệnh. Hai mã được sử dụng thường xuyên là OK
và ERROR. Mỗi một lệnh chỉ có một mã kết quả cuối cùng được trả về.
Mã kết quả cuối cùng OK
Cho biết một lệnh AT nào đó đã được thực hiện thành công bởi GSM modem.
Luôn bắt đầu và kết thúc với ký tự về đầu dòng và xuống dòng.
Mã kết quả cuối cùng ERROR
Mã này cho biết đã có lỗi xảy ra khi thực hiện một lệnh AT. Sau khi xảy ra lỗi,
GSM/GPRS modem sẽ không xử lý tiếp phần còn lại trong chuỗi lệnh.
Một số nguyên nhân dẫn đến lỗi như cú pháp của lệnh sai; Giá trị của một tham số
không hợp lệ; Tên lệnh bị gõ sai; GSM/GPRS modem không hỗ trợ lệnh đó; Mã lỗi
này cũng bắt đầu và kết thúc với ký tự về đầu dòng và xuống dòng.