thiết kế hệ thống tự động và cảnh báo thiết bị điện dân dụng từ xa

Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

...................................................................................................................................................... I
....................................................................................... IV
.......................................................................................................... V

Ể
Ơ

LỜI C

............................................................................................VII

....................................................................................................................................... VIII

LỜI GIỚI THIỆU................................................................................................................................ IX
ƢƠ

1: ỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ......................................................................... 1

1.1 Đặt vấn đề............................................................................................................................ 1
1.1.1 Giới thiệu đề tài .................................................................................................. 1
1.1.2 Ý nghĩa đề tài ....................................................................................................... 2
1.1.3 Mục đích, phương pháp nghiên cứu ....................................................... 2
1.1.4 Giới hạn của đề tài ............................................................................................ 3
1.2

ơ sở lý luận ...................................................................................................................... 4
1.2.1 Sự nghiên cứu trong nước và trên thế giới ......................................... 4

1.2.2 Ý tưởng cho thiết kế......................................................................................... 7
1.2.3 Đề cương chi tiết nghiên cứu...................................................................... 7
1.2.4 Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 8

ƢƠ

2:

O

ES

300 Z À

ĐẶC TÍNH............................... 9

2.1 Tổng quát về tin nhắn SMS .................................................................................... 9
2.1.1 Giới thiệu về SMS............................................................................................. 9
2.1.2 Cấu trúc một tin nhắn SMS ....................................................................... 11
2.1.3 Tin nhắn SMS chuỗi (tin nhắn SMS dài) .......................................... 12
2.1.4 SMS center (SMSC) ...................................................................................... 12
2.1.5 Nhắn tin SMS quốc tế ................................................................................... 13
2.2 Tổng quát về hệ thống thông tin di động GSM ...................................... 13
2.2.1 Giới thiệu về công nghệ GSM ................................................................. 13
2.2.2 Đặc điểm của công nghệ GSM ................................................................ 15
SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang i

Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

2.2.3 Cấu trúc của mạng GSM ............................................................................. 15
2.2.4 Sự phát triển của công nghệ GSM ở Việt Nam ............................. 16
2.3 Giới thiệu module SIM300CZ, tập lệnh AT COMMAND ............. 17
2.3.1 Giới thiệu module SIM300CZ ................................................................. 17
2.3.2 Đặc điểm của module SIM300CZ ......................................................... 18
2.3.3 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân ................................. 22
2.3.4 Khảo sát tập lệnh AT của module SIM300CZ ............................... 24
2.4 Kết luận chƣơng 2 ....................................................................................................... 34
ƢƠ
3:
ỚI THIỆU VỀ CÁC LINH KIỆN, PHẦN TỬ SỬ
D NG TRONG MẠCH............................................................................................................... 35
3.1

hối vi điều hiển ........................................................................................................ 35
3.1.1 Khái quát về vi điều khiển PIC16F877A........................................... 35
3.1.2 Tìm hiểu về vi điều khiển PIC16F877A ............................................ 40
3.1.3 Một vài thanh ghi chức năng đặc biệt SFR ...................................... 46
3.1.4 Thanh ghi W(work) và tập lệnh của PIC16F877A ...................... 48
3.1.5 Các vấn đề về Timer........................................................................................ 49

3.2

hối t

xung thu h t hồng ng i ................................................................. 52

3.2.1 Đặc tính IC LM 555 ....................................................................................... 52
3.2.2 Các dạng hình dáng chân của IC 555 .................................................. 53
3.2.3 Chức năng từng chân của IC 555 ........................................................... 53
3.2.4 Cấu tạo bên trong và nguyên tắc hoạt động ..................................... 54
3.2.5 Công thức tính tần số điều chế độ rộng xung của 555............... 57
3.3

hối điều hiển động cơ ......................................................................................... 58

3.4 Kết luận chƣơng 3 ....................................................................................................... 63
ƢƠ

4:

T K VÀ THI CÔNG ..................................................................... 64

4.1 Phƣơng n thiết kế ...................................................................................................... 64
4.2 Sơ đồ khối tổng quát của toàn hệ thống ...................................................... 65
4.3 Chức năng từng khối ................................................................................................. 66
4.3.1 Khối giao tiếp SMS ........................................................................................ 66
SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang ii


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

4.3.2 Khối xử lý phần cứng.................................................................................... 66
4.3.3 Khối cảm biến hồng ngoại ......................................................................... 66
4.3.4 Khối điều khiển thiết bị................................................................................ 67
4.3.5 Khối hiển thị ........................................................................................................ 67
4.4 Thiết kế phần cứng ..................................................................................................... 67
4.4.1 Sơ đồ nguyên lý phần cứng và tính toán ............................................. 67
4.4.2 Sơ đồ mạch in .................................................................................................... 76
4.5

ết uận chƣơng 4 ......................................................................................................... 77

ƢƠ
5: Ƣ
Ề
À
Ạ
5.1

ĐỒ
Ử

O
Ệ

ƢƠ

P Ầ

...................................................................................... 78

ƣu đồ thuật toán ........................................................................................................ 78
5.1.1 Lưu đồ thuật toán gởi và nhận tin nhắn .............................................. 78
5.1.2 Lưu đồ chương trình chính......................................................................... 79

5.2

hƣơng t nh c de hần

ềm ............................................................................ 81

5.3

ết u ch y thử nghiệ

5.4

ết uận chƣơng 5 ....................................................................................................... 84

....................................................................................... 81

................................................................................................................................................ 85

ƢỚ

P

Ể ĐỀ À

............................................................................................ 86

TÀI LIỆU THAM KH O............................................................................................................. 87
P

.................................................................................................................................................... 88

P

1:

P Ệ

P

2:

ƢƠ

SVTH: Phạm Tiến Duẫn

P

16 877

...................................................... 88

O EP Ầ

Ề

................................. 96

Trang iii


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

Number
2G

Second Generation

3GPP

Third Generation Partnership Project

A
AT

Attention

B
BSS

Base Station Subsystem

E
ETSI

European Telecommunications Standards Institute

G
GSM

Global System for Mobile communications

GPRS

General Packet Radio Service

M
MS

Mobile Station

N
NSS

Network Switching Subsystem

O
OSS

operation Subsystem

S
SIM

Subscriber Indentity Modules

SMS

Short Message Service

SMSC

Short Message Service centre

T
TDM

Time Division Multiplexing

SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang iv


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

Hình 1.1: Ứng dụng GPRS trong việc điều khiển thiết bị trên thế giới....................... 5
Hình 1.2: Mô hình điều khiển, thu thập dữ liệu qua tin nhắn SMS................................ 6
Hình 2.1: Cấu trúc một tin nhắn SMS

11

Hình 2.2: Cấu trúc của công nghệ GSM....................................................................................... 15

Hình 2.3: Các thành phần mạng GSM ........................................................................................... 16
Hình 2.4: Module Sim300CZ ............................................................................................................. 21
Hình 2.5: Sơ đồ chân của Module Sim300CZ .......................................................................... 22
Hình 3.1: Sơ đồ chân PIC16F877A................................................................................................. 35
Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý .................................................................................................................... 36
Hình 3.3: Sơ đồ khối vi điều khiển 16F877A ........................................................................... 42
Hình 3.4: Bộ nhớ chương trình PIC16F877A ........................................................................... 43
Hình 3.5: Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877A.................................................................. 45
Hình 3.6: Sơ đồ khối của Timer0 ..................................................................................................... 49
Hình 3.7: Sơ đồ khối của Timer1 ..................................................................................................... 50
Hình 3.8: Sơ đồ khối của Timer2 ..................................................................................................... 52
Hình 3.9a: IC 555 loại 8 chân tròn................................................................................................... 53
Hình 3.9b: loại 8 chân vuông .............................................................................................................. 53
Hình 3.10: IC 555 trong thực tế......................................................................................................... 53
Hình 3.11: Cấu tạo bên trong IC 555 ............................................................................................. 54
Hình 3.12: Nguyên tắc hoạt động của IC555

55

Hình 3.13: Tính toán độ rộng xung IC 555................................................................................. 58
Hình 3.14: Sơ đồ chân L298................................................................................................................ 59
Hình 3.15: Các chế độ hoạt động của L298 ............................................................................... 61
Hình 3.16: Sơ đồ giải pháp ................................................................................................................... 62
Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống tự động và cảnh báo các thiết bị từ xa....................... 65
Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý nguồn cung cấp cho Sim300CZ ............................................ 67
Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý kết nối Module Sim300CZ ....................................................... 68
SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang v

Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

Hình 4.4: SIM300CZ TOOLKIT được sử dụng trong đồ án ........................................... 68
Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý nguồn cung cấp cho mạch điều khiển và hiển thị...... 69
Hình 4.6: Sơ đồ nguyên l khối điều khiển Pic16F877A................................................... 69
Hình 4.7: Giao tiếp giữa SIM300CZ và PIC16F877A ........................................................ 70
Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý LCD 16x2 ........................................................................................... 70
Hình 4.9: Sơ đồ nguyên lý khối nút nhấn .................................................................................... 72
Hình 4.10: Sơ đồ nguyên lý khối công suất điều khiển đ n ............................................. 72
Hình 4.11: Sơ đồ nguyên lý khối công suất điều khiển động cơ DC .......................... 74
Hình 4.12: Sơ đồ nguyên lý khối phát hồng ngoại ................................................................. 75
Hình 4.13: Sơ đồ nguyên lý khối thu hồng ngoại ................................................................... 75
Hình 4.14: Sơ đồ mạch in PIC16F877A, led thu hồng ngoại và các phần tử khác
............................................................................................................................................................................... 76

Hình 4.15: Sơ đồ mạch in khối phát hồng ngoại ..................................................................... 77
Hình 5.1a: Lưu đồ gởi tin nhắn

....................................................................................................... 78

Hình 5.1b: Lưu đồ nhận tin nhắn.........................................................................78
Hình 5.2: Lưu đồ chương trình chính............................................................................................. 80
Hình 5.3: LCD hiển thị cho ph p nhận lệnh điều khiển ...................................................... 81
Hình 5.4: Khi c trộm hệ thống tự động g i về điện thoại ngư i điều khiển ......... 82
Hình 5.5: Ngư i điều khiển nhắn tin để điều khiển thiết bị 1 .......................................... 82
Hình 5.6: Thiết bị 1 b ng đ n 1 đ hoạt động ........................................................................ 83
Hình 5.7: Khi đ bật thiết bị 1 thì hệ thống tự động nhắn tin thông báo về cho

ngư i điều khiển biết thiết bị 1 đ hoạt động ............................................................................ 83

SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang vi


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

Ể
Bảng 2.1: Phối hợp mã hóa .................................................................................................................. 21
Bảng 3.1: Chức năng các chân L298 .............................................................................................. 59
Bảng 4.1: Sơ đồ chân LCD................................................................................................................... 71

SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang vii


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

LỜI C

Ơ

Trong suốt 5 năm h c vừa qua, tác giả cảm tạ Chúa đ luôn ở cùng mình

trong sự h c tập, c ng với sự giúp đỡ tận tình của Quý thầy cô khoa Điện – Điện
Tử Trư ng Đại h c GTVT – cơ sở 2 đ giúp cho tác giả tích lũy được vốn kiến
thức vô cùng bổ ích làm nền tảng cho công việc sau này.
Sau khoảng th i gian tìm hiểu, thiết kế và thi công đồ án tốt nghiệp, đề tài:
“THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG VÀ CẢNH BÁO CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN
DÂN DỤNG TỪ XA” và tác giả cũng đ hoàn thành công việc. Những kết quả
mà tác giả c được là nh những kiến thức đ tiếp thu được trong 5 năm h c,
bên cạnh đ là sự chỉ dẫn tận tình của Giáo viên hướng dẫn: Tiến sĩ Nguyễn Văn
Tiềm.
Vậy nên, kính gửi l i cám ơn chân thành nhất đến Ban Giám Hiệu trư ng
đại h c giao thông vận tải, ban chủ nhiệm khoa Điện – Điện Tử, Quý thầy cô
giáo của khoa, và đặc biệt tác giả xin gửi l i cám ơn đến Giáo viên hướng dẫn
Nguyễn Văn Tiềm đ hết lòng giúp đỡ và tạo m i điều kiện thuận lợi để tác giả
hoàn thành đề tài này.
TP.HCM Tháng 5 năm 2011
Sinh viên thực hiện:

Phạm Tiến Duẫn – TĐH K47

SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang viii


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

LỜI GIỚI THIỆU
Trong th i đại ngày nay, khoa h c kỹ thuật phát triển đòi hỏi sinh viên –

h c sinh h c phải đi đôi với hành, bên cạnh những lý thuyết cơ bản ở trư ng
lớp, phải biết ứng dụng những gì đ h c vào thực tiễn, có vậy mới giúp chúng ta
nắm vững những kiến thức mình đ c , bổ sung thêm kiến thức mới và góp phần
phát huy khả năng năng động, sáng tạo.
Sự xuất hiện của các linh kiện bán dẫn đ g p phần quan tr ng trong sự
phát triển của công nghệ tự động, công nghệ thông tin, công nghiệp điện tử. Các
thiết bị điện tử ra đ i ngày càng tinh vi hơn, nhỏ g n hơn và nhiều chức năng
hơn, phục vụ tốt hơn cho nhu cầu của con ngư i.
Tuy chỉ mới xuất hiện ở nước ta, nhưng ngành công nghệ tự động đ phát
triển rất nhanh và giữ vai trò quan tr ng trong nhiều lĩnh vực như đ i sống xã
hội, sản xuất công nghiệp… là động lực chính để thực hiện việc công nghiệp
hóa – hiện đại h a đất nước, phát triển xã hội.

SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang ix


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

ƢƠ

1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề
1.1.1 Giới thiệu đề tài
Trong những thập niên gần đây, ngành công nghệ tự động đ phát triển
mạnh mẽ tạo ra bước ngoặc quan tr ng trong lĩnh vực khoa h c kỹ thuật để đáp

ứng nhu cầu của con ngư i. Có thể nói ngày nay ngành công nghệ tự động được
ứng dụng vào trong tất cả các lĩnh vực khoa h c kỹ thuật, đ i sống thư ng nhật
của chúng ta. Do đ là một sinh viên chuyên ngành Tự Động Hóa yêu cầu chúng
ta phải biết nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự
phát triển nền khoa h c kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển công
nghệ tự động nói riêng. Bên cạnh đ còn là sự thúc đẩy sự phát triển của nền
kinh tế nước nhà.
Như chúng ta đ biết, gần như các thiết bị tự động trong nhà máy, trong
đ i sống của các gia đình ngày nay đều hoạt động độc lập với nhau, mỗi thiết bị
có một quy trình sử dụng khác nhau tuỳ thuộc vào sự thiết lập, cài đặt của ngư i
sử dụng. Chúng chưa c một sự liên kết nào với nhau về mặt dữ liệu. Nhưng đối
với hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua tin nhắn SMS thì lại khác. Ở
đây, các thiết bị điều khiển tự động được kết nối với nhau thành một hệ thống
hoàn chỉnh qua một thiết bị trung tâm và có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ
liệu.
Đối với hệ thống điều khiển từ xa bằng hồng ngoại tuy c nhược điểm là
bị giới hạn về khoảng cách nhưng với mạng điện thoại đ được mở rộng với quy
mô trên toàn thế giới thì khoảng cách không còn là vấn đề kh khăn, bên cạnh
đ , sự hoạt động ổn định và đáng tin cậy của mạng điện thoại đ mở ra một
hướng đi mới cho việc điều khiển từ xa.
Điều khiển từ xa và cảnh báo các thiết bị điện dân dụng từ xa là một hệ
thống mà con ngư i có thể điều khiển được các thiết bị thông qua chiếc điện
thoại di động, với thiết bị này, ngư i điều khiển sẽ có thể tiết kiệm được nhiều
th i gian cho công việc, vừa đảm bảo các tính năng an toàn cho các thiết bị điện
dân dụng. Ngoài ra, ứng dụng của hệ thống điều khiển từ xa bằng điện thoại
giúp ta có thể điều khiển các thiết bị, máy móc ở những môi trư ng nguy hiểm
mà con ngư i không thể làm việc hoặc tiếp xúc trực tiếp được.

SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang 1


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

Với những tính năng như điều khiển dễ dàng, độ tin cậy cao, khả năng
làm việc ổn định, hệ thống điều khiển từ xa bằng điện thoại di động sẽ góp phần
phục vụ tốt hơn cho nhu cầu của con ngư i.
Xuất phát từ những tưởng và tình hình thực tế như đ nêu, nên tác giả
quyết định ch n đề tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG VÀ CẢNH BÁO
CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN DÂN DỤNG TỪ XA” để làm đề tài cho đồ án tốt
nghiệp.
1.1.2 Ý nghĩa đề tài
Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa h c kỹ thuật, các thiết bị điện tử ra
đ i ngày càng nhiều về chủng loại cũng như tính năng sử dụng. Bên cạnh đ
nhu cầu sử dụng các thiết bị một cách tự động ngày càng cao, con ngư i ngày
càng muốn có nhiều thiết bị giải trí cũng như các thiết bị sinh hoạt với ứng dụng
kỹ thuật – kỹ thuật ngày càng cao. Có thể nói ở Việt Nam chúng ta chưa phát
triển mạnh mẽ trong lĩnh này nhưng hiện nay trên thế giới, nhất là các quốc gia
thuộc Châu Âu, Châu Mỹ thì mô hình ngôi nhà tự động được giám sát, điều
khiển từ xa đ phát triển rất mạnh mẽ.
Từ những nhu cầu thực tế trên, nên tác giả muốn ứng dụng một phần nhỏ
khoa h c – kỹ thuật hiện đại của thế giới áp dụng vào điều kiện thực tế trong
nước để có thể 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 ngư i. 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 rất tiết kiệm chi phí, mang tính cạnh tranh và cơ
động cao nghĩa là ở nơi nào có phủ sóng mạng điện thoại di động chúng ta

cũng c thể điều khiển thiết bị được). Ngoài ra, sản phẩm của đề tài này còn có
tính mở, nghĩa là c thể áp dụng cho nhiều đối tượng khác nhau trong dân dụng
cũng như trong công nghiệp.
1.1.3 Mục đích, phương pháp nghiên cứu
Đề tài tốt nghiệp của tác giả được nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với
mục đích áp dụng những kiến thức đ được h c trong khi còn ngồi trên ghế
SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang 2


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

giảng đư ng để thiết kế, tạo ra một hệ thống điều khiển tự động từ xa bằng tin
nhắn SMS hoàn chỉnh ứng dụng vào đ i sống thư ng nhật. Hệ thống tích hợp
module điều khiển giám sát trung tâm, module công suất cho các thiết bị trong
nhà và và module báo động (cảnh báo) cùng các module tiện ích khác. Với
module báo động thì sử dụng hai Led thu phát hồng ngoại sẽ gởi thông tin dữ
liệu về bộ xử l trung tâm khi c tác động của đối tượng bên ngoài xâm nhập
ngư i lạ đột nhập). Thông qua xử lý, dữ liệu sẽ được gửi về thiết bị đầu cuối
(mobile) của ngư i điều khiển để báo cho biết c tác động của đối tượng bên
ngoài xâm nhập ngư i lạ đột nhập . Module điều khiển giám sát có chức năng
điều khiển và giám sát.
1.1.4 Giới hạn của đề tài
Với đề tài thiết kế hệ thống tự động và cảnh báo các thiết bị điện dân dụng
từ xa thông qua tin nhắn SMS áp dụng cho một ngôi nhà hoàn chỉnh như n i
trên là rất phức tạp và rất tốn k m. Cho nên vì đ mà trong đề tài này tác giả chỉ
thực thi một phần của hệ thống hoàn chỉnh đ . Đ là điều khiển đ ng mở 3 đ n

(chúng ta hoàn toàn có thể thay vào đ là việc đ ng mở quạt, máy lạnh, tivi… ,
điều khiển một động cơ DC thuận – nghịch), ngoài ra còn có chức năng báo
động (cảnh báo khi c ngư i lạ đột nhập vào nhà.
Với những gì đ trình bày trên, tác giả đ tiến hành nghiên cứu, khảo sát
và thực hiện và đạt được các mục tiêu đặt ra như sau:


Điều khiển các thiết bị trong nhà (cụ thể là điều khiển 3 thiết bị

công suất trung bình) 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 …


Tự động gửi tin nhắn ngược trở lại cho ngư i điều khiển, với nội

dung tin nhắn chứa thông tin hoạt động của thiết bị (on/off).


Điều khiển quay thuận, quay nghịch cho một động cơ DC.

SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang 3


Đồ Án Tốt Nghiệp



GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

Ngoài ra, hệ thống còn có chức năng tự động báo động bằng cách

gửi một tin nhắn SMS tới ngư i điều khiển khi c ngư i lạ đột nhập.
1.2

ơ sở lý luận

1.2.1 Sự nghiên cứu trong nước và trên thế giới
a. Trên thế giới
Trên thế giới, hiện nay việc sử dụng tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị
từ xa không còn là vấn đề mới mẻ nữa vì đ được nghiên cứu và áp dụng vào
thực tiễn trong các nhà máy xí nghiệp. Kỹ thuật này được ra đ i vào cuối tháng
8/2000, khi đ

c

đến 6.3 triệu GSM (Global System for Mobile

communications

được sử dụng tại South Africa. Theo thống kê thì tổng số

ngư i d ng GSM vào năm 2005 được dự đoán là 11 triệu ngư i chỉ tính riêng
South Africa. Hiện tại có 49 mạng GSM tại Africa với sự phát triển nhanh chóng
hơn nữa trong tương lai. Kỹ thuật GSM có khả năng truyền tin wireless với
phạm vi rất rộng lớn và đảm bảo độ tin cậy cao. Chính vì vậy, ngư i dùng có thể
gửi tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị từ xa mang lại hiệu quả cao. Ngư i dùng
chỉ cần sử dụng điện thoại di động của mình (bất cứ loại nào hoặc thương hiệu

gì để theo dõi và kiểm soát những ứng dụng trong công nghiệp, nông nghiệp và
thực tiễn. Những hệ thống được điều khiển bởi SMS (SMS Control Systems) thì
chỉ cần điều khiển thông qua việc gửi nhận tin nhắn SMS. Điều này c nghĩa là
việc điều khiển có phạm vi rất xa. Hệ thống điều khiển bằng tin nhắn SMS được
thiết kế để điều khiển những thiết bị và ứng dụng Hình 1.1 :
 Máy m c nhà xưởng.
 Hệ thống xử l nước thải.
 Nông nghiệp thủy lợi.
 Lò sưởi, ướp lạnh, máy điều hòa.

SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang 4


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

Hình 1.1: Ứng dụng GPRS trong việc điều khiển thiết bị trên thế giới
b. Trong nước
Tại Việt Nam, trước khi thực hiện đề tài này thì cũng đ c nhiều đồ án
nghiên cứu về đề tài điều khiển thiết bị bằng SMS nhưng nghiên cứu đầy đủ về
một hệ thống điều khiển thiết bị điện bằng tin nhắn SMS dùng Module
Sim300CZ thì theo tác giả tìm hiểu trên google và các tài liệu khác thì hầu như
rất hiếm. Tuy nhiên, vẫn có những nghiên cứu phát triển, ứng dụng làm nền tảng
cho đề tài này được thực hiện. Chẳng hạn như đề tài luận văn tốt nghiệp: “Hệ
thống SCADA qua GPRS” của tác giả Văn Đình Nhật, sinh viên lớp
DD06TD02 trư ng ĐH Bách Khoa TPHCM Hình 1.2). Trong đề tài này, tác
giả Văn Đình Nhật đ

sử dụng yếu tố chính là máy tính giao tiếp với module

SIM 300 bằng RS232 để giám sát, điều khiển nhiệt độ, mực nước thông qua các
cảm biến và các tính năng khác. Tác giả Văn Đình Nhật đ nghiên cứu và cho đi
vào các ứng dụng như: tìm hiểu các vấn đề về truyền dữ liệu, các giao thức
truyền thông, giao tiếp, phần mềm điều khiển. Hệ thống thiết kế giao diện điều
khiển trên máy bằng cách giao tiếp module SIM 300 với máy tính qua RS23.[1]
SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang 5


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

Hệ thống c sơ đồ khối như hình sau:

Hình 1.2: Mô hình điều khiển, thu thập dữ liệu qua tin nhắn SMS
Với hệ thống như trên, tác giả Văn Đình Nhật đ khai thác, ứng dụng rất
tốt sự phát triển của mạng di động vào trong thực tế. Song, theo ý kiến chủ quan
thì đề tài này vẫn còn một số thiếu sót cần khắc phục chẳng hạn như: hệ thống
trên chỉ ứng dụng cho những địa điểm, vị trí nào có lắp đặt máy tính hay có
d ng laptop nhưng rất cồng kềnh, phức tạp và trong quá trình thực thi hệ thống
thì ngoài việc giao diện phần mềm xây dựng hoạt động ổn định thì phải luôn
đảm bảo được giao tiếp đồng bộ giữa máy tính với điện thoại. Nếu hệ thống
không duy trì được những yếu tố trên thì sẽ không thực thi được quá trình điều
khiển thiết bị. Bên cạnh đề tài nêu trên còn có một số đề tài khác đề cập đến vấn
đề điều khiển thiết bị từ xa khác, nhưng chưa c đề tài nào sử dụng tin nhắn

SMS để điều khiển thiết bị d ng Module Sim300CZ. Tuy nhiên, các đề tài đi
trước đ tạo nền tảng cho việc phát triển

tưởng điều khiển thiết bị từ xa qua tin

nhắn SMS.

SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang 6


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

Tóm lại, việc nghiên cứu sử dụng tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị
hiện nay tại Việt Nam đang còn rất mới mẻ và chưa đi vào thực tiễn ứng dụng
nhiều. Hầu hết các nghiên cứu đều là nghiên cứu độc lập của cá nhân những
ngư i hay nh m ngư i muốn tìm hiểu về công nghệ này, vẫn chưa phải là một
hoạt động nghiên cứu mang tính chuyên nghiệp để có thể đưa vào ứng dụng
rộng rãi. Tại thị trư ng Việt Nam ước tính trên 170 triệu thuê bao di động ở Việt
Nam năm 2010 khi mà ba “đại gia” di động của Việt Nam là VinaPhone,
MobiFone và Viettel đều tăng trưởng rất nóng với số lượng thuê bao mỗi ngày
phát triển được lên tới hàng trăm ngàn thuê bao. Dịch vụ về SMS cũng tăng lên
rất mạnh. Điều này là một lợi thế cho việc nghiên cứu và phát triển các ứng
dụng trong ngành công nghệ tự động.
1.2.2 Ý tưởng cho thiết kế
Tận dụng mạng điện thoại di động của các nhà cung cấp dịch vụ như
Viettel, Mobiphone, Vinaphone, S-Fone,… để gửi tin nhắn SMS điều khiển các

thiết bị và có thể nhận dữ liệu đáp ứng lại từ các thiết bị cho biết tình trạng hoạt
động ON/OFF của các thiết bị và gửi dữ liệu báo động cho ngư i điều khiển.
1.2.3 Đề cương chi tiết nghiên cứu
Đề tài này được thực hiện gồm 3 phần:
 GIỚI THIỆU
 NỘI DUNG gồm 5 chương:
Chương 1: Trình bày tổng quan về đề tài, nêu lên những vấn đề hiện nay
c liên quan đến đề tài, tầm quan tr ng của vấn đề và hướng giải quyết vấn đề
đ . Cơ sở lý luận, trình bày tổng quát đề cương nghiên cứu, các phương pháp,
cách thức nghiên cứu và kế hoạch để thực hiện đề tài.
Chương 2: Sẽ giới thiệu tổng quát về Module Sim300CZ, tập lệnh AT
Command, tổng quát về tin nhắn SMS, tổng quát về công nghệ GSM.
SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang 7


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

Chương 3: Sẽ trình bày tổng quát về các linh kiện, phần tử được sử dụng
trong mạch.
Chương 4: Sẽ tiến hành thiết kế và thi công mạch.
Chương 5: Đưa ra lưu đồ thuật toán, chương trình phần mềm và chạy thử
nghiệm
 PHỤ LỤC
1.2.4 Phương pháp nghiên cứu
Trong đề tài này tác giả đ sử dụng các phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp tham khảo tài liệu: Bằng cách thu thập thông tin từ sách điện

tử và truy cập từ mạng internet.
- Phương pháp quan sát: Khảo sát một số mạch điện thực tế đang c trên thị
trư ng và tham khảo thêm một số dạng mạch từ mạng Internet.
- Phương pháp thực nghiệm: Từ những

tưởng và kiến thức vốn có của mình

kết hợp với sự hướng dẫn của giáo viên, tác giả đ lắp ráp thử nghiệm nhiều
dạng mạch khác nhau để từ đ ch n l c những mạch điện tối ưu.
Với đề tài này, tác giả dựa trên nhiều nguồn tài liệu tham khảo: sách giáo
khoa, tài liệu trên các diễn đàn và những kiến thức được trang bị trong quá trình
h c tập cùng với sự trợ giúp của máy tính và những thông tin trên mạng
Internet... Ngoài ra, còn có những thiết bị trợ giúp trong quá trình thiết kế mạch
do chính bản thân tác giả tự trang bị cho mình.

SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang 8


Đồ Án Tốt Nghiệp

ƢƠ

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

2: MODULE S

300 Z À

ĐẶC TÍNH

2.1 Tổng quát về tin nhắn SMS
2.1.1 Giới thiệu về SMS
SMS là từ viết tắt của Short Message Service. Đ là một công nghệ cho
phép gửi và nhận các tín nhắn giữa các điện thoại với nhau. SMS xuất hiện đầu
tiên ở Châu Âu vào năm 1992. Ở th i điểm đ , n bao gồm cả các chuẩn về
GSM (Global System for Mobile Communications). Một th i gian sau đ , n
phát triển sang công nghệ wireless như CDMA và TDMA. Các chuẩn GSM và
SMS có nguồn gốc phát triển bởi ETSI. ETSI là chữ viết tắt của European
Telecommunications Standards Institute. Ngày nay thì 3GPP (Third Generation
Partnership Project đang giữ vai trò kiểm soát về sự phát triển và duy trì các
chuẩn GSM và SMS.
Như đ n i ở trên về tên đầy đủ của SMS là Short Message Service, từ
cụm từ đ , c thể thấy được là dữ liệu có thể được lưu giữ bởi một tin nhắn SMS
là rất giới hạn. Một tin nhắn SMS có thể chứa tối đa là 140 byte 1120 bit dữ
liệu. Vì vậy, một tin nhắn SMS chỉ có thể chứa :
160 k tự nếu như m h a k tự 7 bit được sử dụng (mã hóa k tự 7 bit
thì phù hợp với m h a các k tự latin chẳng hạn như các k tự alphabet của
tiếng Anh).
70 k tự nếu như m h a k tự 16 bit Unicode UCS2 được sử dụng
(các tin nhắn SMS không chứa các k tự latin như k tự chữ Trung Quốc phải sử
dụng m h a k tự 16 bit).
Tin nhắn 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 cả Arabic,
Trung Quốc, Nhật Bản và Hàn Quốc. Bên cạnh gữi tin nhắn dạng text thì tin
nhắn SMS còn có thể mang các dữ liệu dạng binary. Nó còn cho phép gửi nhạc
chuông, hình ảnh cùng nhiều tiện ích khác … tới một điện thoại khác.
SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang 9


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

Một trong những ưu điểm nổi trội của SMS đ là n được hỗ trợ bởi các
điện thoại có sử dụng GSM hoàn toàn. Hầu hết các tiện ích bao gồm cả dịch vụ
gửi tin nhắn giá rẻ được cung cấp, sử dụng thông qua s ng mạng wireless.
Không giống như SMS, các công nghệ mobile như WAP và mobile Java thì
không được hỗ trợ trên nhiều model điện thoại.
Sử dụng tin nhắn SMS ngày càng phát triển và trở lên rộng khắp :
-

Các tin nhắn SMS có thể được gửi và đ c tại bất kỳ th i điểm nào.

Ngày nay, hầu hết m i ngư i đều c điện thoại di động và luôn mang nó
theo bên ngư i. Do đ với một điện thoại di động, chúng ta có thể gửi và đ c
các tin nhắn SMS bất cứ lúc nào chúng ta muốn, sẽ không gặp kh khăn gì khi
chúng ta đang ở trong văn phòng, trên xe bus hay khi ở nhà…
-

Tin nhắn SMS có thể được gửi tới các điện thoại ngay cả khi điện
thoại tắt nguồn.

Nếu như không chắc cho một cuộc g i nào đ , thì chúng ta có thể gửi một
tin nhắn SMS đến ngư i nhận thậm chí khi điện thoại tắt nguồn trong lúc chúng
ta gửi tin nhắn hệ thống SMS của mạng điện thoại sẽ lưu trữ tin nhắn và sau đ
gửi tới ngư i nhận khi điện thoại của ngư i bạn này mở nguồn.

-

Các tin nhắn SMS ít gây phiền phức trong khi chúng ta vẫn có thể

giữ liên lạc với ngư i khác.
Việc đ c và viết các tin nhắn SMS không làm ảnh hưởng đến những
ngư i xung quanh. Trong khi đ , để thực hiện một cuộc điện thoại hay trả l i
một cuộc g i chúng ta phải lánh xa chỗ ồn ào tránh làm gián đoạn cuộc g i.
Tin nhắn SMS là một công nghệ rất thành công và phát triển. Tất cả các
điện thoại di động ngày nay đều có hỗ trợ nó. Chúng ta không chỉ có thể trao
đổi các tin nhắn SMS đối với ngư i sử dụng điện thoại ở cùng một nhà cung cấp
dịch vụ s ng mạng wireless, mà đồng th i chúng ta cũng c thể trao đổi nó với
ngư i sử dụng khác ở các nhà cung cấp dịch vụ khác.
SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang 10


Đồ Án Tốt Nghiệp

-

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

SMS là một công nghệ phù hợp với các ứng dụng Wireless sử dụng

cùng với nó.
Nhận định trên dựa vào 3 căn cứ:
Thứ nhất, tin nhắn SMS được hỗ trợ 100% bởi các điện thoại có sử dụng
công nghệ GSM. Xây dựng các ứng dụng wireless trên nền công nghệ SMS có

khả năng phát huy tối đa những ứng dụng có thể dành cho ngư i sử dụng.
Thứ hai, các tin nhắn SMS còn tương thích với việc mang các dữ liệu
binary bên cạnh gửi các text. Nó cũng được sử dụng để gửi nhạc chuông, hình
ảnh, hoạt h a …
Thứ ba, tin nhắn SMS còn hỗ trợ việc chi trả các dịch vụ trực tuyến.
2.1.2 Cấu trúc một tin nhắn SMS
Nội dung của một tin nhắn SMS khi được gửi đi sẽ được chia làm 5 phần
như sau:

Hình 2.1: 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
(short message service centre).
- Instructions to handset : Chỉ thị dữ liệu kết nối bắt tay.
- Instructions to SIM (optional): Chỉ thị dữ liệu kết nối, nhận biết SIM
(Subscriber Identity Modules).
SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang 11


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

- Message body: Nội dung tin nhắn SMS.
2.1.3 Tin nhắn SMS chuỗi ( tin nhắn SMS dài)
Một trong những trở ngại của công nghệ SMS là tin nhắn SMS chỉ có thể
mang một lượng giới hạn các dữ liệu. Để khắc phục trở ngại này, một mở rộng

của nó g i là SMS chuỗi hay SMS dài đ ra đ i. Một tin nhắn SMS dạng text
dài có thể chứa nhiều hơn 160 kí tự theo chuẩn dùng trong tiếng Anh. Cơ cấu
hoạt động cơ bản SMS chuỗi làm việc như sau: điện thoại di động của ngư i gửi
sẽ chia tin nhắn dài ra thành nhiều phần nhỏ và sau đ gửi các phần nhỏ này như
một tin nhắn SMS đơn. Khi các tin nhắn SMS này đ được gửi tới đích hoàn
toàn thì nó sẽ được kết hợp lại với nhau trên máy di động của ngư i nhận.
Kh khăn của SMS chuỗi là n ít được hỗ trợ nhiều so với SMS ở các
thiết bị có sử dụng sóng wireless.
2.1.4 SMS center (SMSC)
Một SMS Center SMSC là nơi chịu trách nhiệm luân chuyển các hoạt
động liên quan tới SMS của một mạng wireless. Khi một tin nhắn SMS được gửi
đi từ một điện thoại di động thì trước tiên nó sẽ được gửi tới một trung tâm
SMS. Sau đ , trung tâm SMS này sẽ chuyển tin nhắn này tới đích ngư i nhận).
Một tin nhắn SMS có thể phải đi qua nhiều hơn một thực thể mạng (netwok)
(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
ngư i 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 ngư i nhận mở nguồn thì nó sẽ gửi
tin nhắn này tới ngư i nhận.
Thư ng thì một SMSC sẽ h at động một cách chuyên dụng để chuyển
lưu thông tin 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
SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang 12


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

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 thư ng ở hình thức, khuôn mẫu
quốc tế. Một điện thoại nên có một thực đơn ch n lựa để cấu hình địa chỉ
SMSC. Thông thư ng thì địa chỉ được điều chỉnh lại trong thẻ SIM bởi hệ thống
mạng wireless. Điều này c nghĩa là bạn không cần phải làm bất cứ thay đổi nào
cả.
2.1.5 Nhắn tin 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.
Thư ng 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 tới
mạng khác trong cùng một quốc gia nhỏ hơn hoặc bằng 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 Tổng quát về hệ thống thông tin di động GSM
2.2.1 Giới thiệu về công nghệ GSM
GSM (Global System for Mobile communication) là hệ thống thông tin di
động số toàn cầu, là công nghệ không dây thuộc thế hệ 2G(second generation)
SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang 13


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

có cấu trúc mạng tế bào, cung cấp dịch vụ truyền gi ng 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 ETSI quy định.
GSM là một hệ thống có cấu trúc mở nên hoàn toàn không phụ thuộc vào
phần cứng, ngư i ta có thể mua thiết bị từ nhiều hãng khác nhau.
GSM hầu như c mặt khắp m i nơi trên thế giới nên khi các nhà cung cấp
dịch vụ thực hiện việc ký kết roaming với nhau nh đ mà thuê bao GSM c thể
dễ dàng sử dụng máy điện thoại GSM của mình bất cứ nơi đâu.
Mặt thuận lợi to lớn của công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh
với chất lượng cao còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác với
chi phí thấp hơn đ là tin nhắn SMS. 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 nó
dễ dàng kết nối các thiết bị khác nhau từ các nhà cung cấp thiết bị khác nhau.
Nó cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa ra tính năng roaming cho thuê bao
của mình với các mạng khác trên toàn thế giới. Và công nghệ GSM cũng phát
triển thêm các tính năng truyền dữ liệu như GPRS và sau này truyền với tốc độ
cao hơn sử dụng EDGE.
GSM hiện chiếm 85% thị trư ng di động với 2,5 tỷ thuê bao tại 218 quốc
gia và vùng lãnh thổ. Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể roaming
với nhau do đ những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác
nhau ở có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới.

SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang 14


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

2.2.2 Đặc điểm của công nghệ GSM
- Cho phép gởi và nhận những mẫu tin nhắn văn bản bằng kí tự dài đến
126 kí tự.
- Cho phép chuyển giao và nhận dữ liệu, FAX giữa các mạng GSM với
tốc độ hiện hành lên đến 9.600 bps.
- Tính phủ sóng cao: Công nghệ GSM không chỉ cho phép chuyển giao
trong toàn mạng mà còn chuyển giao giữa các mạng GSM trên toàn cầu mà
không có một sự thay đổi, điều chỉnh nào. Đây là một tính năng nổi bật nhất của
công nghệ GSM(dịch vụ roaming).
- Sử dụng công nghệ phân chia theo th i gian TDM (Time division
multiplexing để chia ra 8 kênh full rate hay 16 kênh haft rate.
- Công suất phát của máy điện thoại được giới hạn tối đa là 2 watts đối
với băng tần GSM 850/900Mhz và tối đa là 1 watts đối với băng tần GSM
1800/1900Mhz.
- Mạng GSM sử dụng 2 kiểu m hoá âm thanh để nén tín hiệu âm thanh
3,1khz đ là m hoá 6 và 13kbps g i là Full rate (13kbps) và haft rate (6kbps).
2.2.3 Cấu trúc của mạng GSM
a. Cấu trúc tổng quát

Hình 2.2: Cấu trúc của công nghệ GSM
SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang 15


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Văn Tiềm

Hệ thống GSM được chia thành nhiều hệ thống con như sau:
- Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem).
- Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem).
- Phân hệ bảo dưỡng và khai thác OSS (Operation Subsystem).
- Trạm di động MS (Mobile Station).
b. Các thành phần của công nghệ mạng GSM

Hình 2.3: Các thành phần mạng GSM
2.2.4 Sự phát triển của công nghệ GSM ở Việt Nam
Công nghệ GSM đ vào Việt Nam từ năm 1993. Hiện nay, ba nhà cung
cấp di động công nghệ GSM lớn nhất của Việt Nam là VinaPhone, MobiFone và
Viettel, cũng là những nhà cung cấp chiếm thị phần nhiều nhất trên thị trư ng
với số lượng thuê bao mới tăng ch ng mặt trong th i gian vừa qua.
SVTH: Phạm Tiến Duẫn

Trang 16