Giám sát nhiệt độ, độ ẩm và điều khiển thiết bị từ xa qua tin nhắn sms

Báo cáo LVTN

1

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

NỘI DUNG

SVTH: Nguyễn Minh


Báo cáo LVTN

2

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP
1.1. Giới thiệu
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ
thuật điện tử - viễn thông, trong đó kỹ thuật tự động điều khiển đóng vai trò quan
trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp, cung cấp thông
tin… Là một sinh viên chuyên ngành điện, chúng ta phải biết nắm bắt và vận dụng
nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế
giới nói chung và thúc đẩy sự phát triển của nền kĩ thuật khoa học nước nhà nói
riêng.
Một nền kinh tế càng phát triển thì nhu cầu của con người ngày càng cao, các
thiết bị máy móc hiện đại dần thay thế bàn tay con người, giúp con người thoải mái
hơn trong cuộc sống. Bên cạnh đó, hệ thống mạng di động và các thiết bị di động
ngày càng phổ biến hơn trong cuộc sống. Từ đó đã nảy sinh ý tưởng thiết kế một hệ
thống điều khiển các thiết bị trong nhà một cách tự động thông qua tin nhắn SMS.

Điển hình là hệ thống giám sát các thiết bị trong nhà từ xa thông qua tin nhắn SMS
gồm có các thiết bị đơn giản như bóng đèn, quạt máy, lò sưởi đến các thiết bị tinh
vi, phức tạp như tivi, máy giặt, hệ thống báo động… Điều này giúp ít rất nhiều cho
con người trong cuộc sống. Các thiết bị trong nhà sẽ được điều khiển và giám sát từ
xa thông qua các tin nhắn của chủ nhà. Chẳng hạn như việc tắt quạt, đèn điện … khi
người chủ nhà quên tắt trước khi ra khỏi nhà. Hay chỉ với một tin nhắn SMS, người
chủ nhà có thể bật máy điều hòa để làm mát phòng, hay mở máy nước nóng trước
khi chủ nhà về trong một khoảng thời gian nhất định.
Từ những yêu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống, đồng
thời mạng điện thoại di động phát triển rộng khắp và các thiết bị điện thoại di động
ngày càng có mức giá phù hợp với người dân nên chúng tôi đã chọn đề tài “Giám
sát nhiệt độ, độ ẩm và điều khiển thiết bị từ xa qua tin nhắn SMS " để đáp ứng
được nhu cầu ngày càng cao của con người và góp phần vào sự tiến bộ, văn minh,
hiện đại của nước nhà.

SVTH: Nguyễn Minh


Báo cáo LVTN

3

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

1.2. Ý nghĩa khoa học
Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các thiết bị điện tử ra đời ngày
càng nhiều về chủng loại cũng như tính năng sử dụng. Bên cạnh đó nhu cầu sử dụng
các thiết bị một cách tự động ngày càng cao, con người ngày càng muốn có nhiều
thiết bị giải trí cũng như các thiết bị sinh hoạt với kỹ thuật và công nghệ ngày càng
cao. Có thể ở Việt nam chưa phát triển mạnh mẽ trong lĩnh này nhưng hiện nay ở

trên thế giới, nhất là các quốc gia thuộc Châu Âu hay Mỹ thì mô hình ngôi nhà tự
động được điều khiển từ xa đã phát triển rất mạnh mẽ. Với sự kết hợp chặt chẽ giữa
các thiết bị điện tử tinh vi và phần mềm xây dựng tương ứng, chúng ta có thể xây
dựng được mô hình ngôi nhà thông minh, tự động hoàn toàn và còn cho phép điều
khiển từ xa thông qua một bộ điều khiển trung tâm.
Từ những nhu cầu thực tế đó, nhóm muốn phát triển mô hình này tại Việt
Nam, đưa một phần những kỹ thuật hiện đại của thế giới áp dụng vào điều kiện thực
tế trong nước tạo ra một hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà từ xa thông qua tin
nhắn SMS nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người. Đề tài lấy cơ sở là
tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị. Việc sử dụng tin nhắn SMS để điều khiển thiết
bị có thuận lợi là tiết kiệm chi phí, mang tính cạnh tranh và cơ động cao (nghĩa là ở
chỗ nào có phủ sóng mạng điện thoại di động ta cũng có thể điều khiển thiết bị
được).
Ngoài ra, sản phẩm của đề tài này có tính mở, có thể áp dụng cho nhiều đối
tượng khác nhau trong dân dụng cũng như trong công nghiệp.
1.3. Mục đích nghiên cứu
Đề tài được nghiên cứu và thực hiện với mục đích áp dụng các kiến thức đã
học để thiết kế ra một hệ thống “Giám sát nhiệt độ, độ ẩm và điều khiển thiết bị
từ xa qua tin nhắn SMS” hoàn chỉnh. Hệ thống là sự kết hợp của module gửi/nhận
tin nhắn sử dụng mạng GSM, module đo nhiệt độ, module công suất cho các thiết bị
điện.
Hệ thống “Giám sát nhiệt độ, độ ẩm và điều khiển thiết bị từ xa qua tin
nhắn SMS” có các chức năng sau:

SVTH: Nguyễn Minh


Báo cáo LVTN

4

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

- Qua xử lý, nhiệt độ sẽ được cập nhật liên tục và gửi tin nhắn báo kết quả đến
điện thoại người dùng khi được yêu cầu.
- Người dùng gửi lệnh bằng tin nhắn để điều khiển tắt/mở thiết bị.
- Hệ thống sau khi nhận tin nhắn sẽ xuất lệnh điều khiển các thiết bị.
Để thực thi một hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua tin nhắn SMS áp
dụng cho một ngôi nhà hoàn chỉnh như trên là rất phức tạp và rất tốn kém. Để đáp
ứng việc điều khiển toàn bộ các thiết bị này đòi hỏi phải có một lượng thời gian,
kiến thức nhất định. Bên cạnh đó còn là vấn đề tài chính. Với lượng thời gian và
kiến thức có hạn, trong đề tài này nhóm thực hiện chỉ thực thi một phần của hệ
thống hoàn chỉnh đó.
Yêu cầu đặt ra của đề tài mà nhóm dự kiến sẽ đạt được là:
- Đo nhiệt độ phòng và liên tục cập nhật đến điện thoại người dùng.
- Điều khiển một bóng đèn dây tóc (220V, 60W)
- Điều khiển và giám sát các thiết bị trên bằng tin nhắn SMS tại ví trí có phủ
sóng của mạng điện thoại di động đang hoạt động trong nước như Viettel, Mobile
Phone, Vina Phone …
1.4. Phương pháp nghiên cứu
Trong đề tài này nhóm đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp
chí về điện tử và truy cập từ mạng internet.
- Phương pháp quan sát: khảo sát một số mạch điện thực tế đang có trên thị
trường và tham khảo thêm một số dạng mạch từ mạng Internet.
- Phương pháp thực nghiệm: từ những ý tưởng và kiến thức vốn có của mình
kết hợp với sự hướng dẫn của giáo viên, nhóm đã lắp ráp thử nghiệm nhiều dạng
mạch khác nhau để từ đó chọn lọc những mạch điện tối ưu.

SVTH: Nguyễn Minh

Báo cáo LVTN

5

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

1.5. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước
1.5.1. Trong nước
Ở nước ta hiện nay, việc nghiên cứu điều khiển bằng tin nhắn SMS vẫn còn
mới mẻ và chưa đi vào thực tiễn nhiều. Hầu hết có nhóm nghiên cứu về đề tài này
điều là nghiên cứu tự phát, hay những cá nhân riêng lẻ muốn tìm hiểu về công nghệ
này. Các hoạt động nghiên cứu chưa chuyên nghiệp và không thể áp dụng vào thực
tiễn.
Trong vòng 10 năm trở lại đây, có một số nhóm nghiên cứu ở các trường đại
học đã nghiên cứu thành công và đưa vào ứng dụng thực tiễn việc điều khiển thiết
bị từ xa nhưng thông qua mạng Internet. Hệ thống có sơ đồ khối như sau:

Hình 1.1. Hệ thống điều khiển thiết bị qua Internet
Với hệ thống trên, tác giả đã khai thác, ứng dụng rất tốt sự phát triển của mạng
Internet vào trong thực tế. Song, đề tài này còn rất nhiều hạn chế như: hệ thống chỉ
được ứng dụng cho những địa điểm có mạng Internet và hoạt động của hệ thống
không ổn định khi có sự sụp mạng bất ngờ và còn nhiều bất cập khác. Tuy nhiên,

SVTH: Nguyễn Minh


Báo cáo LVTN

6

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

các đề tài này đã tạo nền tảng cho việc phát triển các ứng dụng điều khiển từ xa qua
tin nhắn SMS.
1.5.2. Ngoài nước
Hiện nay trong thế giới, sử dụng tin nhắn SMS điều khiển từ xa không còn
mới mẻ, các ứng dụng từ SMS đã được nghiên cứu và áp dụng rất nhiều vào thực tế.
Kỹ thuật này ra đời vào năm 2000 và được phát triển rất nhanh ở các nước châu Mỹ
và Nam Phi. Người dùng chỉ cần sử dụng điện thoại nhắn tin là có thể theo dõi và
kiểm soát các hoạt động trong công nghiệp và nông nghiệp. Các hệ thống điều
khiển từ xa qua SMS nghiên cứu và thiết kế đầy đủ để điều khiển các thiết bị và ứng
dụng khủng như:
- Nông nghiệp thủy lợi.
- Hệ thống nhà xưởng.
- Hệ thống xử lý nước thải.
- Máy điều hòa, lò sưởi….

SVTH: Nguyễn Minh


Báo cáo LVTN

7

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN
2.1. Tổng quan công nghệ GSM

2.1.1. Giới thiệu công nghệ GSM
Hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile
Communications - GSM) là một công nghệ dùng cho mạng thông tin di động. Dịch
vụ GSM được sử dụng bởi hơn 2 tỷ người trên 212 quốc gia và vùng lãnh thổ. Các
mạng thông tin di động GSM cho phép có thể roaming với nhau do đó những máy
điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng được nhiều
nơi trên thế giới.
GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động (ĐTDĐ) trên thế giới.
Khả năng phú sóng rộng khắp nơi của chuẩn GSM làm cho nó trở nên phổ biến trên
thế giới, cho phép người sử dụng có thể sử dụng ĐTDĐ của họ ở nhiều vùng trên
thế giới. GSM khác với các chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu và tốc độ, chất
lượng cuộc gọi. Nó được xem như là một hệ thống ĐTDĐ thế hệ thứ hai ( second
generation, 2G). GSM là một chuẩn mở, hiện tại nó được phát triển bởi 3rd
Generation Partnership Project (3GPP).
Đứng về phía quan điểm khách hàng, lợi thế chính của GSM là chất lượng
cuộc gọi tốt hơn, giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn. Thuận lợi đối với nhà điều
hành mạng là khả năng triển khai thiết bị từ nhiều người cung ứng. GSM cho phép
nhà điều hành mạng có thể kết hợp chuyển vùng với nhau do vậy mà người sử dụng
có thể sử dụng điện thoại của họ ở khắp nơi trên thế giới.
2.1.2. Đặc điểm công nghệ GSM
2.1.2.1. Về mặt kỹ thuật
Hệ thống GSM cho phép chuyển vùng tự do với các thuê bao, có nghĩa là thuê
bao của nước này có thể thâm nhập vào mạng của nước khác khi di chuyển qua biên
giới trạm GSM-MS (Mobile -Station) phải tạo cho người dùng gọi hoặc bị gọi được
trong vùng phủ sóng quốc tế.

SVTH: Nguyễn Minh


Báo cáo LVTN

8

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

2.1.2.2. Các chỉ tiêu phục vụ
Hệ thống được thiết kế sao cho MS có thể được dùng trong tất cả các nước có
mạng.
Cùng với phục vụ thoại, hệ thống phải cho phép sự linh hoạt lớn nhất cho các
loại dịch vụ khác liên quan đến mạng liên kết số liệu đa dịch vụ ISDN (Intergrated
Service Digital Network).
Tạo một hệ thống có thể phục vụ cho các MS trên các tàu viễn dương cũng
như một mạng mở rộng của các dịch vụ di động mặt đất.
2.1.2.3. Về chất lượng phục vụ và an toàn bảo mật
- Chất lượng của tiếng thoại trong GSM phải ít nhất có chất lượng như các hệ
thống di động tương tự trước đó trong điều kiện thực tế.
- Hệ thống có khả năng mật mã hoá thông tin người dùng mà không ảnh
hưởng gì đến hệ thống, cũng như không ảnh hưởng đến thuê bao khác không dùng
đến khả năng này.
2.1.2.4. Về sử dụng tần số
- Hệ thống cho phép khả năng sử dụng dải tần đạt hiệu quả cao để có thể phục
vụ ở vùng thành thị lẫn vùng nông thôn cũng như các dịch vụ mới phát triển.
- Dải tần số hoạt động: 890-960MHz.
- Hệ thống GSM900 có thể cùng tồn tại với các hệ thống dùng 900MHz trước
đây.
2.1.2.5. Về mạng
- Kế hoạch nhận dạng dựa trên khuyến nghị của CCITT. Kế hoạch đánh số
cũng dựa trên khuyến nghị của CCITT. Hệ thống phải cho phép cấu trúc và tỷ lệ
tính cước khác nhau khi dùng trong các mạng khác nhau.
2.1.3. Các đặc tính và phục vụ của GSM:

2.1.3.1. Các đặc tính của công nghệ GSM:
Từ các khuyến nghị của GSM ta có thể tổng hợp nên các đặc tính chủ yếu sau:
- Số lượng lớn các dịch vụ và tiện ích cho các thuê bao cả trong thông tin thoại
và số liệu.

SVTH: Nguyễn Minh


Báo cáo LVTN

9

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

- Sự tương thích của các dịch vụ trong GSM với các dịch vụ của mạng có sẵn
(PSTN-ISDN) bởi các giao diện theo tiêu chuẩn chung.
- Tự động cập nhật vị trí cho mọi thuê bao di động.
- Độ linh hoạt cao nhờ sử dụng các đầu cuối thông tin di động khác nhau như
máy xách tay, máy cầm tay, đặt trên ô tô.
- Sử dụng băng tần số 900MHz với hiệu quả cao nhờ sự kết hợp giữa TDMA
(Time Division Multiple Access) với FDMA (Frequency Division Multiple Access).
- Giải quyết sự hạn chế dung lượng nhờ việc sử dụng tần số tốt hơn.
2.1.3.2. Các dịch vụ tiêu chuẩn ở GSM
 Các dịch vụ thoại
- Chuyển hướng các cuộc gọi vô điều kiện.
- Chuyển hướng cuộc gọi khi thuê bao di động không bận.
- Chuyển hướng cuộc gọi khi thuê bao di động bận.
- Chuyển hướng cuộc gọi khi không đến được MS.
- Chuyển hướng cuộc gọi khi ứ nghẽn vô tuyến.
- Cấm tất cả các cuộc gọi ra.

- Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế.
- Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế trừ các nước PLMN thường trú.
- Cấm tất cả các cuộc gọi đến.
- Cấm tất cả các cuộc gọi đến khi lưu động ở ngoài nước có PLMN thường trú.
- Giữ cuộc gọi.
- Đợi gọi.
- Chuyển tiếp cuộc gọi.
- Hoàn thành các cuộc gọi đến các thuê bao bận.
- Nhóm và sử dụng khép kín.
- Dịch vụ ba phía.
- Thông báo cước phí.
- Dịch vụ điện thoại không trả cước.
- Nhận dạng số chủ gọi.

SVTH: Nguyễn Minh


Báo cáo LVTN

10

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

- Nhận dạng số thoại được nối.
- Nhận dạng cuộc gọi hiềm thù.
 Các dịch vụ số liệu
- Truyền dẫn số liệu
- Dịch vụ bản tin ngắn
- Dịch vụ hộp thư thoại
- Phát quảng bá trong cell.

2.1.4. Cấu trúc hệ thống GSM

Hình 2.1. Cấu trúc hệ thống GSM
Bảng 2.1. Các kí hiệu hệ thống GSM
OSS
AUC
HLR
MSC
BSS
BSC
OMC
SS
VLR

Phân hệ khai thác và hỗ trợ
Trung tâm nhận thực
Bộ ghi định vị thường trú
Tổng đài di động
Phân hệ trạm gốc
Bộ điều khiển trạm gốc
Trung tâm khai thác và bảo dưỡng
Phân hệ chuyển mạch
Bộ ghi định vị tạm trú

SVTH: Nguyễn Minh

Trạm vô tuyến gốc
BTS
Trạm di động
MS

Mạng số liên kết đa dịch vụ
ISDN
PSTN (Public Switched Telephone Network):
Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng
Mạng chuyển mạch gói công
PSPDN
cộng
CSPDN (Circuit Switched Public Data
Network):
Mạng số liệu chuyển mạch kênh công cộng
PLMN
Mạng di động mặt đất công cộng


Báo cáo LVTN

11

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

Thanh ghi nhận dạng thiết bị

EIR

2.1.5. Các thành phần chức năng trong hệ thống
Mạng thông tin di động công cộng mặt đất PLMN (Public Land Mobile
Network) theo chuẩn GSM được chia thành 4 phân hệ chính sau:
- Trạm di động MS (Mobile Station)
- Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)
- Phân hệ chuyển mạch SS (Switching Subsystem)

- Phân hệ khai thác và hỗ trợ (Operation and Support Subsystem)
2.1.5.1. Trạm di động (MS - Mobile Station)
Trạm di động (MS) bao gồm thiết bị trạm di động ME (Mobile Equipment) và
một khối nhỏ gọi là mođun nhận dạng thuê bao (SIM-Subscriber Identity Module).
Trạm di động ở GSM thực hiện hai chức năng:
- Thiết bị vật lý để giao tiếp giữa thuê bao di động với mạng qua đường vô
tuyến.
- Đăng ký thuê bao, ở chức năng thứ hai này mỗi thuê bao phải có một thẻ gọi
là SIM card. Trừ một số trường hợp đặc biệt như gọi cấp cứu… thuê bao chỉ có thể
truy nhập vào hệ thống khi cắm thẻ này vào máy.
2.1.5.2. Phân hệ trạm gốc (BSS - Base Station Subsystem)
BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS bằng thiết bị BTS thông qua
giao diện vô tuyến. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài ở phân hệ
chuyển mạch SS.
Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm:
- TRAU (Transcoding and Rate Adapter Unit): Bộ chuyển đổi mã và phối hợp
tốc độ.
- BSC (Base Station Controler): Bộ điều khiển trạm gốc.
- BTS (Base Transceiver Station): Trạm thu phát gốc.
- Khối BTS (Base Tranceiver Station): Một BTS bao gồm các thiết bị thu /phát
tín hiệu sóng vô tuyến, anten và bộ phận mã hóa và giải mã giao tiếp với BSC. BTS

SVTH: Nguyễn Minh


Báo cáo LVTN

12

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

là thiết bị trung gian giữa mạng GSM và thiết bị thuê bao MS, trao đổi thông tin với
MS qua giao diện vô tuyến. Mỗi BTS tạo ra một hay một số khu vực vùng phủ sóng
nhất định gọi là tế bào (cell).
- Khối TRAU (Transcode/Rate Adapter Unit): Khối thích ứng và chuyển đổi
mã thực hiện chuyển đổi mã thông tin từ các kênh vô tuyến (16 Kb/s) theo tiêu
chuẩn GSM thành các kênh thoại chuẩn (64 Kb/s) trước khi chuyển đến tổng đài.
- Khối BSC (Base Station Controller): BSC có nhiệm vụ quản lý tất cả giao
diện vô tuyến thông qua các lệnh điều khiển từ xa.
 Các chức năng chính của BSC:
 Quản lý mạng vô tuyến
 Quản lý trạm vô tuyến gốc BTS
 Điều khiển nối thông các cuộc gọi
 Quản lý mạng truyền dẫn
2.1.5.3. Phân hệ chuyển mạch (SS - Switching Subsystem)
Phân hệ chuyển mạch bao gồm các khối chức năng sau:
 Trung tâm chuyển mạch nghiệp vụ di động MSC
Chức năng chính của tổng đài MSC:
- Xử lý cuộc gọi (Call Processing)
- Điều khiển chuyển giao (Handover Control)
- Quản lý di động (Mobility Management)
- Tương tác mạng IWF(Interworking Function): qua GMSC
 Thanh ghi định vị thường trú HLR
HLR là cơ sở dữ liệu tham chiếu lưu giữ lâu dài các thông tin về thuê bao, các
thông tin liên quan tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông. HLR không phụ thuộc
vào vị trí hiện thời của thuê bao và chứa các thông tin về vị trí hiện thời của thuê
bao.
 Thanh ghi định vị tạm trú VLR
VLR là một cơ sở dữ liệu chứa thông tin về tất cả các MS hiện đang ở vùng
phục vụ của MSC

SVTH: Nguyễn Minh


Báo cáo LVTN

13

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

 Trung tâm nhận thực AuC
AuC được nối đến HLR, chức năng của AuC là cung cấp cho HLR các tần số
nhận thực và các khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật. Đường vô tuyến cũng được
AuC cung cấp mã bảo mật để chống nghe trộm, mã này được thay đổi riêng biệt cho
từng thuê bao.
 Thanh ghi nhận dạng thiết bị EIR
EIR có chức năng kiểm tra tính hợp lệ của ME thông qua số liệu nhận dạng di
động quốc tế (IMEI-International Mobile Equipment Identity) và chứa các số liệu
về phần cứng của thiết bị
2.1.5.4. Phân hệ khai thác và bảo dưỡng (OSS)
OSS (Operation and Support System) thực hiện 3 chức năng chính:
- Khai thác và bảo dưỡng mạng.
- Quản lý thuê bao và tính cước.
- Quản lý thiết bị di động.

2.2. Tổng quan về SMS
2.2.1 Giới thiệu về SMS
SMS (Short Message Service) là một công nghệ cho phép gửi và nhận các tin
nhắn giữa các điện thoại với nhau. SMS xuất hiện đầu tiên ở Châu Âu 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 công nghệ
wireless như 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 trò kiểm soát về sự phát triển
và duy trì các chuẩn GSM và SMS.
Như chính tên đầy đủ của SMS là Short Message Service, dữ liệu có thể được
lưu 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 được sử dụng (phù hợp với mã hóa các ký tự
latin như alphatet của tiếng Anh)

SVTH: Nguyễn Minh


Báo cáo LVTN

14

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

70 ký tự nếu như mã hóa ký tự 16 bit Unicode UCS2 được sử dụng (dùng cho
các ký tự không phải mã latin như chữ Trung Quốc…)
SMS dạng text hỗ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau. Nó có thể hoạt động tốt với
nhiều ngôn ngữ mà có hỗ trợ mã Unicode, bao gồm Arabic, Trung Quốc, Nhật Bản,
Hàn Quốc…
Bên cạnh gửi tin nhắn dạng text thì tin nhắn còn có thể mang dữ liệu dạng
binary. Nó cho phép gửi nhạc chuông, hình ảnh cùng nhiều tiện ích khác…tới điện
thoại khác.
2.2.2 Cấu trúc một tin nhắn SMS
Nội dung của 1 tin nhắn SMS khi được gửi đi chia làm 5 phần như sau:

Instructions to Instructions to

Instructions to

Instructions to

air interface

handset

SIM (optional) Body

SMSC

Message

Hình 2.2. Cấu trúc một tin nhắn SMS
- Instructions to air interface: chỉ thị dữ liệu kết nối với air interface (giao diện
không khí).
- Instructions to SMSC: chỉ thị dữ liệu kết nối với trung tâm tin nhắn SMSC.
- 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
2.2.3. Ưu điểm của SMS
- Tin nhắn có thể được gửi và đọc tại bất kỳ thời điểm nào.
- Tin nhắn SMS có thể được gửi tới các điện thoại dù chúng đang bị tắt nguồn.
- Ít gây phiền phức trong khi bạn vẫn có thể giữ liên lạc với người khác.
- Được sử dụng trên các điện thoại di động khác nhau và có thể gửi cùng mạng
hoặc khác mạng đều được.
- Phù hợp với các ứng dụng wireless sử dụng cùng với nó như: chức năng

SMS được hỗ trợ 100% bởi các điện thoại sử dụng công nghệ GSM; có thể gửi nhạc
chuông, hình ảnh…; hỗ trợ chi trả các dịch vụ trực tuyến download nhạc chuông…
2.2.4 Tin nhắn SMS chuỗi/tin nhắn SMS dài

SVTH: Nguyễn Minh


Báo cáo LVTN

15

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

Để khắc phục khuyết điểm mang lượng 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 như sau:
điện thoại di động sẽ chia tin nhắn dài ra thành nhiều phần nhỏ và sau đó gửi các
phần nhỏ này như tin nhắn SMS đơn. Khi các tin nhắn SMS này đã được gửi tới
đích hoàn toàn thì nó sẽ được kết hợp lại với nhau trên máy di động của người nhận.
Khó khăn của SMS chuỗi là nó ít được hỗ trợ nhiều so với SMS ở các thiết bị
có sử dụng sóng wireless.
2.2.5 SMS center/SMSC
Một SMS Center (SMSC) là nơi chịu trách nhiệm luân chuyển các hoạt động
liên quan tới SMS của một mạng wireless. Khi một tin nhắn SMS được gửi đi từ
một điện thoại di động thì trước tiên nó sẽ được gửi tới một trung tâm SMS. Sau đó,
trung tâm SMS này sẽ chuyển tin nhắn này tới đích (người nhận). Một tin nhắn
SMS có thể phải đi qua nhiều hơn một thực thể mạng (chẳng hạn như SMSC và
SMS gateway) trước khi đi tới đích thực sự của nó. Nhiệm vụ duy nhất của một
SMSC là luân chuyển các tin nhắn SMS và điều chỉnh quá trình này cho đúng với
chu trình của nó. Nếu như máy điện thoại của người nhận không ở trạng thái nhận

(bật nguồn) trong lúc gửi thì SMSC sẽ lưu trữ tin nhắn này. Và khi máy điện thoại
của người nhận mở nguồn thì nó sẽ gửi tin nhắn này tới người nhận.
Thường thì một SMSC sẽ họat động một cách chuyên dụng để chuyển lưu
thông SMS của một mạng wireless. Hệ thống vận hành mạng luôn luôn quản lí
SMSC của riêng nó và ví trí của chúng bên trong hệ thống mạng wireless. Tuy
nhiên hệ thống vận hành mạng sẽ sử dụng một SMSC thứ ba có vị trí bên ngoài của
hệ thống mạng wireless.
Bạn phải biết địa chỉ SMSC của hệ thống vận hành mạng wireless để sử dụng,
tinh chỉnh chức năng tin nhắn SMS trên điện thoại của bạn. Điển hình một địa chỉ
SMSC là một số điện thoại thông thường ở hình thức, khuôn mẫu quốc tế. Một điện
thoại nên có một thực đơn chọn lựa để cấu hình địa chỉ SMSC. Thông thường thì

SVTH: Nguyễn Minh


Báo cáo LVTN

16

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

địa chỉ được điều chỉnh lại trong thẻ SIM bởi hệ thống mạng wireless. Điều này có
nghĩa là bạn không cần phải làm bất cứ thay đổi nào cả.
2.2.6 SMS quốc tế
Các tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành được chia ra làm hai hạng mục gồm
tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành cục bộ và tin nhắn SMS giữa các nhà điều
hành quốc tế với nhau. Tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành cục bộ là tin nhắn mà
được gửi giữa các nhà điều hành trog cùng một quốc gia còn tin nhắn SMS giữa các
nhà điều hành quốc tế là tin nhắn SMS được gửi giữa các nhà điều hành mạng
wireless ở những quốc gia khác nhau.

Thường thì chi phí để gửi một tin nhắn SMS quốc tế thì cao hơn so với gửi
trong nước. Và chi phí gửi tin nhắn trong nội mạng thì ít hơn so với gửi cho mạng
khác trong cùng một quốc gia <= 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.
2.2.7 SMS gateway
Một khó khăn của SMS là các SMSC được 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 như Nokia có một giao thức SMSC là CIMD, nhà điều
hành CMG lại có giao thức SMSC là EMI. Chúng ta không thể kết nối hai SMSC
nếu chúng không có cùng giao thức SMSC. Để giải quyết vấn đề này, một SMS
gateway được 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 không gặp bất kỳ trở ngại
nào.

CHƯƠNG 3. GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN
3.1. Giới thiệu Module SIM900
3.1.1. Giới thiệu

SVTH: Nguyễn Minh


Báo cáo LVTN

17

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

Hình 3.1. Module SIM900

SIM900 module là một module Quad-Band GSM/GPRS hoàn chỉnh kết hợp
công nghệ GPS để dẫn đường vệ tinh. Thiết kế nhỏ gọn tích hợp GPRS và GPS
trong một gói SMT sẽ tiết kiệm đáng kể thời gian và chi phí để phát triển các ứng
dụng GPS được kích hoạt.
Với một giao diện tiêu chuẩn công nghiệp và chức năng GPS, nó cho phép
theo dõi liên tục ở bất kỳ vị trí nào và bất cứ lúc nào với tín hiệu được bảo đảm
tuyệt đối nhưng chỉ có kích thước: 30 x 30 x 3.2mm.
3.1.2. Thông số kĩ thuật
Tính năng
Mô tả
Nguồn cung cấp
- Sử dụng điện áp từ 3.4. đến 4.5V
Nguồn tiết kiệm
- Sử dụng điển hình ở chế độ ngủ với dòng 1.5mA
Các dải tần hoạt - GSM850, EGSM900, DCS1800, PCS1900 có thể tìm thấy
động

các dải tần một cách tự động. Các dải tần có thểđược thiết
lập bởi câu lệnh AT.

- Tương thích với pha GSM 2/2+
Công suất truyền - Lớp 4(2W) ở GSM850 và EGSM 900
tải
Kết nối GPRS

- Lớp 1(1W) ở DCS 1800 và PCS 1900
- GPRS nhiều khe mặc định trong lớp 10
- GPRS nhiều khe tùy chọn ở lớp 8

Dải nhiệt độ

SVTH: Nguyễn Minh

- GPRS trạm di động lớp B
- Hoạt động bình thường ở -30 đến 80 độ C


Báo cáo LVTN

18

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

- Hoạt động hạn chế ở -40 đến 30 và 80 đến 85 độ C
Dữ liệu GPRS

- Nhiệt độ lưu trữ là -45 đến 90 độ C
- Truyền dữ liệu xuống lớn nhất là 85.6 kbps
- Truyền dữ liệu lên lớn nhất 42.8 kbps
- Mã hóa chương trình CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4
- SIM900 hỗ trợ các giao thức PAP( Giao thức xác nhận
mật mã) thường được sử dụng trong các kết nối PPP.
- SIM900 được tích hợp giao thức TCP/IP
- Cung cấp gói chuyển mạch kênh điều khiển quảng bá
(PBCCH).
- Các tốc độ truyền CSD: 2.4, 4.8, 9.6, 14.4 kbps, không
trong suốt

SMS

- Hỗ trợ dịch vụ dữ liệu bổ xung phi cấu trúc
- MODULE, MO, CB, Text và chế độ PDU

Giao tiếp SIM
An-ten ngoài
Tính năng Audio

- Lưu trữ SMS: thẻ SIM
- Cung cấp thẻ SIM : 1.8, 3V
- Bộ đệm An-ten
- Các chế độ mã hóa tiếng nói:
+ Một nửa tốc độ(ETS 06.20)
+ Tốc độ đầy đủ(ETS 06.11)
+ Nâng cao tốc độ đầy đủ(ETS06.50/ 06.60/06.80)
+ Đa tốc độ thích nghi(AMR)
+ Triệt tiếng dội

+ Triệt nhiễu19
Cổng nối tiếp và - Cổng nối tiếp:
cổng gỡ lỗi

+ Giao tiếp modem 8 dây với các đường trạng thái và
đường dữ liệu, không cân bằng, không đồng bộ.
+ 1.2 kbps đến 11.52 kbps
+ Cổng nối tiếp có thể sử dụng được cho lệnh AT vàluồng
dữ liệu.
+ Hỗ trợ RTS/CTS bắt tay phần cứng và phần mềm điều

SVTH: Nguyễn Minh

Báo cáo LVTN

19

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

khiển luồng ON/OFF.
+ Kết hợp khả năng theo giao thức hợp kênh GSM 07.10
+ Hỗ trợ các tốc độ baud tự động từ 1200 bps đến
115200bps.
- Cổng gỡ lỗi (debug)
+ Giao tiếp 2 dây trống DBG_TXD và DBG_RXD
Đặc điểm vật lý

+ Có thể sử dụng để gỡ lỗi hoặc cập nhật Fireware
- Kích cỡ : 24mmx24mmx3mm.
- Trọng lượng 3.4g

Hình 3.2. Các khối chức năng chính trên Module SIM900
3.1.3. Ứng dụng
GSM Module Sim900 cho phép ta triển khai các ứng dụng giám sát/điều khiển
dựa trên tin nhắn SMS, hoặc công nghệ GPRS cho phép giám sát ngay trên nền
web.

SVTH: Nguyễn Minh


Báo cáo LVTN

20

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

Hình 3.3. Ứng dụng của SIM 900
GSM Module Sim900 cho phép điều khiển các thiết bị điện trong nhà như đèn
quạt, máy tính, các thiết bị sử dụng điện 220V, thiết bị công suất thấp…Đồng thời
GSM Module Sim900 cũng cập nhật và giám sát các thiết bị bằng các cảm biến mà
người dùng tùy chọn thông qua các mạch vi điều khiển.

3.2. Vi điều khiển PIC 16F877A
3.2.1. Giới thiệu về PIC
PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer”, có thể tạm dịch là
“máy tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Instrument đặt tên cho vi điều
khiển đầu tiên của họ: PIC1650 được thiết kế để dùng làm các thiết bị ngoại vi cho
vi điều khiển CP1600. Vi điều khiển này sau đó được nghiên cứu phát triển thêm và
từ đó hình thành nên dòng vi điều khiển PIC ngày nay.
- Họ vi điều khiển này có thể tìm mua dễ dàng trên thị trường Việt Nam.
- Giá thành không quá đắt.
- Có đủ tính năng của một vi điều khiển hoạt động độc lâp.
- Là một sự bổ sung rất tốt về kiến thức cũng như về ứng dụng cho họ vi điều
khiển mang tính truyền thống : họ vi điều khiển 8051.
- Hiện nay số lượng người sử dụng vi điều khiển họ PIC tại Việt Nam cũng
như trên thế giới là khá rộng rãi. Điều này tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình
tìm hiểu và phát triển các ứng dụng, dễ dàng tìm tài liệu, học tập lẫn nhau.

SVTH: Nguyễn Minh


Báo cáo LVTN

21

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

- Sự hỗ trợ của nhà sản xuất về trình phiên dịch, các công cụ lập trình, nạp
chương trình từ đơn giản đến phức tạp….
- Các tính năng đa dạng của vi điều khiển PIC, và các tính năng này không
ngừng phát triển.
Các ký hiệu của vi điều khiển PIC:
- PIC12xxxx: độ dài lệnh 12 bit.
- PIC16xxxx: độ dài lệnh 14 bit.
- PIC18xxxx: độ dài lệnh 16 bit.
- C: PIC có bộ nhớ EPROM.
- F: PIC có bộ nhớ flash.
- LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp.
- LV như LF.
- Bên cạnh đó một số vi điều khiển có kí hiệu xxFxxx là EEPROM nếu có chữ
A cuối là flash (ví dụ PIC16F877 là EEPROM, PIC16F877A là flash).
3.2.1.1. Kiến trúc PIC
Cấu trúc phần cứng của một vi điều khiển được thiết kế theo hai dạng kiến
trúc: kiến trúc Von Neuman và kiến trúc Havard.

Hình 3.4. Kiến trúc Havard và kiến trúc Von-Neuman
Tổ chức phần cứng của PIC được thiết kế theo kiến trúc Havard. Điểm khác
biệt giữa kiến trúc Havard và kiến trúc Von-Neuman là cấu trúc bộ nhớ dữ liệu và
bộ nhớ chương trình.

SVTH: Nguyễn Minh

Báo cáo LVTN

22

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

Đối với kiến trúc Von-Neuman, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình nằm
chung trong một bộ nhớ, do đó ta có thể tổ chức, cân đối một cách linh hoạt bộ nhớ
chương trình và bộ nhớ dữ liệu. Tuy nhiên điều này chỉ có ý nghĩa khi tốc độ xử lí
của CPU phải rất cao, vì với cấu trúc đó, trong cùng một thời điểm CPU chỉ có thể
tương tác với bộ nhớ dữ liệu hoặc bộ nhớ chương trình. Như vậy có thể nói kiến
trúc Von-Neuman không thích hợp với cấu trúc của một vi điều khiển.
Đối với kiến trúc Havard, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình tách ra thành
hai bộ nhớ riêng biệt. Do đó trong cùng một thời điểm CPU có thể tương tác với cả
hai bộ nhớ, như vậy tốc độ xử lí của vi điều khiển được cải thiện đáng kể.

3.2.1.2. Ngôn ngữ lập trình cho PIC
Ngôn ngữ lập trình cho PIC rất đa dạng. Ngôn ngữ lập trình cấp thấp có
MPLAB (được cung cấp miễn phí bởi nhà sản xuất Microchip), các ngôn ngữ lập
trình cấp cao hơn bao gồm C, Basic, Pascal, … Ngoài ra còn có một số ngôn ngữ
lập trình được phát triển dành riêng cho PIC như PICBasic, MikroBasic,…
3.2.2. PIC 16F877A
3.2.2.1. Sơ đồ khối

SVTH: Nguyễn Minh


Báo cáo LVTN

23

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

Hình 3.5. Sơ đồ khối PIC 16F877A
Sơ đồ khối của PIC 16F877A gồm các khối sau:
- Khối ALU – Arithmetic Logic Unit.
- Khối bộ nhớ chứa chương trình – Flash Program Memory.
- Khối bộ nhớ chứa dữ liệu EPROM – Data EPROM.
- Khối bộ nhớ file thanh ghi RAM – RAM file Register.
- Khối giải mã lệnh và điều khiển – Instruction Decode Control.
- Khối thanh ghi đặc biệt.
SVTH: Nguyễn Minh


Báo cáo LVTN

24

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

- Khối ngoại vi timer.
- Khối giao tiếp nối tiếp.
- Khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số - ADC.
- Khối các port xuất nhập.
3.2.2.2. Chức năng các chân của PIC16F877A

Hình 3.6. Sơ đồ chân Pic 16F877A
- Chân OSC1/CLK1 (13): ngõ vào kết nối với dao động thạch anh hoặc ngõ
vào nhận xung clock từ bên ngoài.

- Chân OSC2/CLK2 (14): ngõ ra dao động thạch anh hoặc ngõ ra cấp xung
clock.
- Chân MCLR /Vpp (1) có 2 chức năng
MCLR : ngõ vào reset tích cực ở mức thấp.

Vpp: ngõ vào nhận điện áp lập trình khi lập trình cho PIC.
- Chân RA0/AN0 (2), RA1/AN1 (3), RA2/AN2 (3): có 2 chức năng
RA 0,1,2: xuất/ nhập số.
AN 0,1,2: ngõ vào tương tự của kênh thứ 0,1,2.
- Chân RA2/AN2/VREF-/CVREF+ (4): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự của
kênh thứ 2/ nhõ vào điện áp chuẩn thấp của bộ AD/ ngõ vào điện áp chẩn cao của
bộ AD.
- Chân RA3/AN3/VREF+ (5): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh 3/ ngõ vào
điện áp chuẩn (cao) của bộ AD.
SVTH: Nguyễn Minh


Báo cáo LVTN

25

GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN

- Chân RA4/TOCK1/C1OUT (6): xuất nhập số/ ngõ vào xung clock bên ngoài
cho Timer 0/ ngõ ra bộ so sánh 1.
- Chân RA5/AN4/ SS / C2OUT (7): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh 4/
ngõ vào chọn lựa SPI phụ/ ngõ ra bộ so sánh 2.
- Chân RB0/INT (33): xuất nhập số/ ngõ vào tín hiệu ngắt ngoài.
- Chân RB1 (34), RB2 (35): xuất nhập số.
- Chân RB3/PGM (36): xuất nhập số/ cho phép lập trình điện áp thấp ICSP.

- Chân RB4 (37), RB5 (38): xuất nhập số.
- Chân RB6/PGC (39): xuất nhấp số/ mạch gỡ rối và xung clock lập trình
ICSP.
- Chân RB7/PGD (40): xuất nhập số/ mạch gỡ rối và dữ liệu lập trình ICSP.
- Chân RC0/T1OCO/T1CKI (15): xuất nhập số/ ngõ vào bộ giao động Timer1/
ngõ vào xung clock bên ngoài Timer 1.
- Chân RC1/T1OSI/CCP2 (16) : xuất nhập số/ ngõ vào bộ dao động Timer 1/
ngõ vào Capture2, ngõ ra compare2, ngõ ra PWM2.
- Chân RC2/CCP1 (17): xuất nhập số/ ngõ vào Capture1 ,ngõ ra compare1,
ngõ ra PWM1.
- Chân RC3/SCK/SCL (18): xuất nhập số/ ngõ vào xung clock nối tiếp đồng
bộ, ngõ ra chế độ SPI./ ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ, ngõ ra của chế độ I2C.
- Chân RC4/SDI/SDA (23): xuất nhập số/ dữ liệu vào SPI/ xuất nhập dữ liệu
I2C.
- Chân RC5/SDO (24): xuất nhập số/ dữ liệu ra SPI.
- Chân RC6/TX/CK (25): xuất nhập số/ truyền bất đồng bộ USART/ xung
đồng bộ USART.
- Chân RC7/RX/DT (26): xuất nhập số/ nhận bất đồng bộ USART.
- Chân RD0-7/PSP0-7 (19-30): xuất nhập số/ dữ liệu port song song.
- Chân RE0/ RD /AN5 (8): xuất nhập số/ điều khiển port song song/ ngõ vào
tương tự kênh thứ 5.

SVTH: Nguyễn Minh