ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

LỜI GIỚI THIỆU
Trong thời đại ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển đòi hỏi sinh viên –
học sinh học phải đi đôi với hành, bên cạnh những lý thuyết cơ bản ở trường
lớp, phải biết ứng dụng những gì đã học vào thực tiễn, có vậy mới giúp
chúng ta nắm vững những kiến thức mình đã có, 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 đã góp phần quan trọng trong sự
phát triển của ngành công nghệ thông tin, ngành công nghiệp điện tử. Các
thiết bị điện tử ra đời ngày càng tinh vi hơn, nhỏ gọn hơn và nhiều chức
năng hơn, phục vụ tốt hơn cho nhu cầu ngày càng cao của con người.
Tuy chỉ mới xuất hiện ở nước ta, nhưng công nghệ thông tin đã phát
triển rất nhanh và giữ vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như đời sống,
sản xuất công nghiệp… Hệ thống viễn thông, dịch vụ khách hàng, thông tin
di động, ngày càng phát triển với tính hiện đại và tự động hóa ngày càng
cao.

GVHD : PHAN DUY ANH
1

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

CHƯƠNG I:
DẪN NHẬP
I. Đặt vấn đề:
Trong những thập niên gần đây, ngành bưu chính viễn thông đã phát

triển mạnh mẽ tạo ra bước ngoặt quan trọng trong lĩnh vực thông tin để đáp
ứng nhu cầu của con người. Bên cạnh sự phát triển không ngừng của công
nghệ thông tin di động, chiếc điện thoại bàn vẫn ở một vị trí không thể thiếu
trong cuộc sống. Ngoài chức năng chính là thông thoại, các nhà cung cấp
dịch vụ vẫn luôn cố gắng phát triển thêm nhiều tính năng mới để phục vụ
cho nhu cầu con người, đó cũng là đề tài cho các nhà khoa học, kỹ thuật tập
trung nghiên cứu.
Cuộc sống hiện đại đòi hỏi con người luôn bận rộn với công việc, một
người khi đang làm việc ở một nơi cách xa nhà mà không biết hoạt động của
các thiết bị điện trong nhà có an toàn hay không, những lúc như vậy, người
ấy cần có một thiết bị có thể giúp mình không những kiểm tra giám sát
được trạng thái của các thiết bị điện trong nhà, mà còn có thể điều khiển
chúng tắt hay mở theo ý muốn, điều này đòi hỏi phải có một thiết bị điều
khiển từ xa.
Đối với hệ thống điều khiển từ xa bằng hồng ngoại có nhược điểm là
bị giới hạn về khoảng cách. Tuy nhiên, sự ra đời của các mạng điện thoại đã
được mở rộng với quy mô trên toàn thế giới thì khoảng cách không còn là
vấn đề khó khăn, bên cạnh đó, sự hoạt động ổn định và đáng tin cậy của
mạng điện thoại đã mở ra một hướng đi mới cho việc điều khiển từ xa.
Điều khiển và giám sát từ xa qua đường dây điện thoại là một hệ
thống mà con người có thể điều khiển được các thiết bị thông qua bàn phím
điện thoại , với thiết bị này, người điều khiển sẽ có thể tiết kiệm được nhiều
thời gian cho công việc, vừa đảm bảo các tính năng an toàn cho các thiết bị
điện gia dụng. Ngoài ra, ứng dụng của hệ thống điều khiển và giám sát từ xa
bằng điện thoại giúp ta có thể điều khiển các thiết bị, máy móc ở những môi
trường nguy hiểm mà con người không thể làm việc hoặc tiếp xúc trực tiếp
được.
Với những tính năng như điều khiển dễ dàng, độ tin cậy cao, khả năng
làm việc ổn định (do sử dụng đường dây điện thoại để truyền dẫn tín hiệu),
GVHD : PHAN DUY ANH

2

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

hệ thống điều khiển và giám sát từ xa qua mạng điện thoại sẽ góp phần phục
vụ tốt hơn cho nhu cầu ngày càng cao của con người.
Xuất phát từ những ý tưởng và tình hình thực tế như đã nêu, nhóm
chúng em quyết định chọn đề tài “ Điều khiển và giám sát thiết bị qua mạng
điện thoại” để làm đề tài tốt nghiệp.
II. Giới thiệu đề tài:
Điều khiển và giám sát thiết bị qua mạng điện thoại, mà ở đây là ứng
dụng tín hiệu truyền trên đường dây điện thoại do nhà mạng điện thoại cung
cấp. Nó là sự kết hợp giữa các ngành Điện – Điện Tử và Viễn Thông, sự
phối hợp ứng dụng vi điều khiển hiện đại và hệ thống thông tin liên lạc đã
hình thành một hướng nghiên cứu và phát triển cho Khoa Học – Kỹ Thuật.
Điều khiển và giám sát thiết bị từ xa qua đường dây điện thoại khắc
phục được nhiều giới hạn trong hệ thống điều khiển từ xa và báo động thông
thường. Điểm nổi bật của hệ thống này là sự ổn định do sử dụng tín hiệu trên
đường dây điện thoại do các nhà mạng cung cấp có tính ổn định cao, không
chỉ thích hợp sử dụng cho các công ty, các doanh nghiệp vừa và nhỏ mà còn
phù hợp sử dụng trong các hộ gia đình.

1.Ý tưởng thiết kế:
Ý tưởng thiết kế là dựa vào mạng điện thoại có sẵn để thiết kế hệ
thống tự động điều khiển đóng ngắt các thiết bị điện trong nhà với sự trợ
giúp của kỹ thuật vi điều khiển. Hệ thống này được thiết kế trên mô hình

đóng ngắt 4 thiết bị và giám sát qua việc phản hồi kết quả cho người điều
khiển biết bằng âm thanh được lưu trữ và cài đặt sẵn trạng thái hiện thời của
thiết bị. Ngoài ra, hệ thống này chỉ có thể điều khiển được khi nhấn đúng mã
Password nên không thể xảy ra trường hợp người ngoài có thể điều khiển hệ
thống do vô tình quay số ngẫu nhiên.
Nếu không may có sự trùng hợp ngẫu nhiên, hệ thống bị xâm nhập
do người ngoài quay số ngẫu nhiên vào hệ thống thì người điều khiển có thể
sử dụng biện pháp an toàn là đổi mã password.
Để điều khiển, đầu tiên người điều khiển phải gọi tới số máy điện
thoại nơi lắp đặt thiết bị điều khiển. Điện thoại được gọi có mạch điều khiển
mắc song song với đường dây điện thoại (thiết bị muốn điều khiển được mắc
vào mạch điều khiển). Sau một thời gian đổ chuông nhất định, nếu không có
ai nhấc máy thì mạch sẽ tự động điều khiển đóng mạch. Sự đóng mạch này
tạo trạng thái tải giả để kết nối thuê bao. Sau đó, người điều khiển sẽ nhấn
mã Password để xâm nhập vào hệ thống điều khiển. Lúc này, mạch điều
GVHD : PHAN DUY ANH
3

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

khiển sẵn sàng nhận lệnh. Nếu nhấn sai Password thì người điều khiển
không thể xâm nhập vào hệ thống điều khiển được.
Sau khi nhấn đúng mã Password, người điều khiển có thể bắt đầu
kiểm tra trạng thái tất cả các thiết bị trước khi điều khiển. Để điều khiển hệ
thống, ta sẽ quy định các mã điều khiển như sau:
+ Mã Password để điều khiển là 1234.

+ Số 1 được chọn là tắt/mở thiết bị 1.
+ Số 2 được chọn là tắt/mở thiết bị 2.
+ Số 3 được chọn là tắt/mở thiết bị 3.
+ Số 4 được chọn là tắt/mở thiết bị 4.
+Phím “*” là vào chương trình điều khiển thiết bị (bật/ tắt thiết bị )
+ Phím ”0” là lệnh kiểm tra trạng thái tất cả các thiết bị.
+ Phím “#”là lệnh tắt tất cả các thiết bị.
2. Phương án thiết kế và sơ đồ khối:
Mạch thi công gồm các khối sau:
• Khối cảm biến chuông.
• Khối kết nối thuê bao.
• Khối giải mã DTMF.
• Khối xử lý trung tâm.
• Khối âm thanh.
• Khối công tắc bên ngoài.
Từ các khối trên, ta kết hợp lại với nhau thành một hệ thống hoạt
động hoàn chỉnh để thi công mạch và viết chương trình cho vi điều khiển để
điều khiển mạch hoạt động đúng theo yêu cầu đề ra.
+Sơ đồ khối:
KHỐI ĐIỀU KHIỂN
THIẾT BỊ

KHỐI DTMF
TIP
KHỐI CẢM BIẾN
TÍN HIỆU
CHUÔNG

KHỐI XỬ LÝ
TRUNG TÂM

(CPU)

KHỐI CÔNG TẮC
BÊN NGOÀI

RING
GVHD : PHAN DUY ANH
4

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

KHỐI KẾT NỐI
THUÊ BAO

KHỐI TẠO ÂM THANH

Hình 1.1: Sơ đồ các khối trong mạch.
Trong hệ thống này, người điều khiển có thể điều khiển tại chỗ các
thiết bị bằng công tắc riêng ở bên ngoài mà không cần thông qua điện thoại.
3.Giải thích chức năng và mối quan hệ của các khối:
+ Khối xử lý trung tâm: điều khiển hoạt động của toàn hệ thống, nhận
tín hiệu chuông và sẽ quyết định kết nối thuê bao nếu không có người nhấc
máy, các mã điều khiển được lưu trữ trong CPU, khi nhận được mã từ người
điều khiển, CPU sẽ so sánh với mã lệnh được lưu trong bộ nhớ, từ đó sẽ cho
chạy chương trình điều khiển các thiết bị cũng như điều khiển phát âm thanh.
+ Khối cảm biến chuông: cảm biến tín hiệu chuông, khi có một cuộc

gọi đến, khối này sẽ cảm biến tín hiệu, chuyển đến CPU để chạy chương trình
điều khiển kết nối thuê bao.
+ Khối kết nối thuê bao: nhận tín hiệu điều khiển từ CPU, kết nối tạo
trạng thái tải giả giống như thuê bao đang nhấc máy.
+ Khối DTMF: trên đường dây điện thoại, khi ấn phím điện thoại, các
số được truyền dưới dạng mã đa tần (gồm một tín hiệu có tần số cao và một
tín hiệu có tần số thấp), khối này sẽ thu nhận tổ hợp mã đa tần này, sau đó
chuyển thành 4bit nhị phân để chuyển đến CPU.
+ Khối điều khiển: nhận lệnh điều khiển từ CPU để tắt / mở các thiết
bị.
+ Khối công tắc ngoài: giúp người điều khiển có thể tắt / mở thiết bị
mà không cần sử dụng qua điện thoại.
+ Khối âm thanh: tạo âm thanh phản hồi cho người điều khiển giám
sát trạng thái của các thiết bị.
+ Khối nguồn: tạo điện áp ±5V ổn định cung cấp cho mạch hoạt động.

GVHD : PHAN DUY ANH
5

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

CHƯƠNG II:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ TỔNG ĐÀI:
1. Khái niệm về tổng đài:
Tổng đài điện thoại là một hệ thống chuyển mạch, nó có nhiệm vụ kết nối

các cuộc liên lạc từ thiết bị đầu cuối chủ gọi đến thiết bị đầu cuối bị gọi.
Ngày nay, kỹ thuật số và chuyển mạch, truyền dẫn phân chia theo thời
gian đã trở nên rất phổ biến và là phương thức làm việc chủ yếu trong các hệ
tổng đài hiện nay. Trong đó, kỹ thuật điều chế xung mã (PCM) được sử
dụng rất hiệu quả trong các mạng truyền số liệu, tiếng nói, hình ảnh đang
phát triển hiện nay, đó là mạng số liên kết dịch vụ ISDN.
2. Phân loại tổng đài:
a. Phân loại theo công nghệ: gồm hai loại
- Tổng đài nhân công: việc kết nối thông thoại cho các thuê bao được
thực hiện bằng thao tác trực tiếp của con người.
- Tổng đài tự động: chia làm hai loại chính.
+ Tổng đài cơ điện: chuyển mạch nhờ vào các bộ chuyển mạch cơ khí,
được điều khiển bằng các mạch điện tử, bao gồm: chuyển mạch quay tròn,
chuyển mạch từng nấc, chuyển mạch ngang dọc.
+ Tổng đài điện tử: các bộ chuyển mạch bao gồm các linh kiện bán
dẫn, vi mạch cùng với các relay, analog switch được điều khiển bởi các
mạch điện tử, vi mạch.
b. Phân loại theo cấu trúc mạng:
Hiện nay, mạng viễn thông Việt Nam có 5 loại sau:
• Tổng đài cơ quan PABE (Private Automatc Branch Exchange): được
sử dụng trong các cơ quan, khách sạn và chỉ sử dụng trung kế CO-Line.
• Tổng đài nông thôn RE (Rural Exchange): được sử dụng ở các xã, khu
dân cư đông, chợ…và có thể sử dụng các loại trung kế.
GVHD : PHAN DUY ANH
6

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

• Tổng đài nội hạt LE (Local Exchange): được đặt ở trung tâm huyện
tỉnh và sử dụng tất cả các loại trung kế.
• Tổng đài đường dài TE (Toll Exchange): dùng để kết nối các tổng đài
nội hạt ở các tỉnh với nhau, chuyển mạch các cuộc gọi đường dài trong
nước, không có mạch thuê bao.
• Tổng đài cửa ngõ quốc tế GWE (Gate Way Exchange): tổng đài này
được dùng chọn hướng và chuyển mạch cuộc gọi vào mạng quốc tế. Để nối
các mạng quốc gia với nhau có thể chuyển quá giang các cuộc gọi.
 Sơ đồ khối tổng đài điện thoại:

Hình 1.2 : Sơ đồ khối tổng đài điện thoại.
Chức năng từng khối:
 Khối chuyển mạch: thực hiện thiết lập tuyến nối giữa một đầu vào bất
kì với một đầu ra bất kì. Đối với hệ thống chuyển mạch số, để thiết lập
tuyến đàm thoại giữa hai thuê bao, cần phải thiết lập tuyến nối cho cả
hai hướng: đi và về.
GVHD : PHAN DUY ANH
7

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

 Khối báo hiệu: thực hiện việc trao đổi thông tin báo hiệu thuê bao,
thông tin báo hiệu đường trung kế liên đài để phục vụ cho quá trình
thiết lập, giải phóng các cuộc gọi.

 Khối điều khiển: phân tích, xử lý các thông tin từ khối báo hiệu đưa
tới để thiết lập hoặc giải phóng cuộc gọi. Thực hiện tính cước cho các
cuộc gọi… Ngoài ra, khối điều khiển còn có chức năng thuộc về khai
thác, bảo dưỡng hệ thống để đảm bảo cho hệ thống hoạt động tin cậy.
 Ngoai vi thuê bao, trung kế: thực hiện chức năng giao tiếp giữa các
đường dây thuê bao, các đường trung kế với khối chuyển mạch. Thuê
bao được trang bị có thể là thuê bao Analog, Digital tùy theo cấu trúc
mạng tổng đài. Trung kế được trang bị có thể là trung kế Analog,
Digital.
3. Các kỹ thuật chuyển mạch điện tử:
• Chuyển mạch theo phương pháp kết nối không gian (space
switch): thường được sử dụng cho chuyển mạch tương tự. Ngoài ra còn
được sử dụng kết hợp với chuyển mạch thời gian trong các hệ chuyển mạch
TST, STS, TSTS…
• Chuyển mạch ghép: có hai loại là phân chia theo thời gian để ghép
các cuộc gọi theo thời gian và phân chia theo tần số để ghép các cuộc gọi
theo tần số.
4. Hệ thống âm hiệu của tổng đài:
Đường dây điện thoại hiện nay gồm có hai dây và thường gọi đó là Tip
và Ring có màu đỏ và xanh. Tất cả các điện thoại hiện nay đều được cấp
nguồn từ tổng đài thông qua hai dây Tip và Ring. Điện áp cung cấp thường
là 48 VDC, nhưng nó cũng có thể thấp đến 47 VDC hoặc cao đến 105 VDC
tùy thuộc vào tổng đài. Ngoài ra, để hoạt động giao tiếp được dễ dàng, tổng
đài gửi một số tín hiệu đặc biệt đến điện thoại như tín hiệu chuông, tín hiệu
báo bận.v.v.
a. Tín hiệu chuông (Ring Signal):
2s

4s

48V

GVHD : PHAN DUY ANH
8

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

Hình 1.3: Tín hiệu chuông.
Khi một thuê bao bị gọi thì tổng đài sẽ gửi tín hiệu chuông đến để báo
cho thuê bao đó biết có người gọi. Tín hiệu chuông là tín hiệu xoay chiều
AC thường có tần số 25Hz, tuy nhiên nó có thể cao hơn đến 60Hz hoặc thấp
hơn đến 16Hz. Biên độ của tín hiệu chuông cũng thay đổi từ 40 V RMS đến
130 VRMS thường là 90 VRMS. Tín hiệu chuông được gửi theo xung thường là
2 giây có, 4 giây không. Hoặc có thể thay đổi tùy thuộc từng loại tổng đài.
b.Tín hiệu mời gọi (Dial Signal):

Hình 1.4: Tín hiệu mời gọi.
Đây là tín hiệu liên tục, không phải là tín hiệu xung như các tín hiệu
khác sử dụng trong hệ thống điện thoại. Tín hiệu này được tao ra bởi hai âm
thanh có tần số 350Hz và 440Hz.
b. Tín hiệu báo bận (Busy Signal):
Khi thuê bao nhấc máy để thực hiện một cuộc gọi thì thuê bao sẽ nghe
một trong hai tín hiệu:
- Tín hiệu mời cho phép thuê bao thực hiện ngay một cuộc gọi.
- Tín hiệu báo bận báo cho thuê bao biết đường dây đang bận,
không thể thực hiện cuộc gọi ngay lúc này.

Tín hiệu báo bận là tín hiệu xoay chiều có dạng sin, tần số 425Hz, có
chu kỳ 1s (0.5s có và 0.5s không).
0,5s

0,5s

Hình 1.5: Tín hiệu báo bận.
c. Tín hiệu chuông hồi tiếp
2s
GVHD : PHAN DUY ANH
10V

4s
9

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

Hình 1.6: Tín hiệu hồi âm chuông.
Tín hiệu hồi âm chuông (Ringback Tone): là tín hiệu sin tần số f
=425± 25Hz, biên độ 2VRMS trên nền DC 10v, phát ngắt quãng 2s có, 4s
không.
1. Gọi sai số: nếu bạn gọi nhầm một số mà nó không tồn tại thì bạn
sẽ nhận được tín hiệu xung có tần số 200Hz – 400Hz. Hoặc đối với các hệ
thống điện thoại ngày nay, bạn sẽ nhận được thông báo rằng bạn gọi sai số.
2. Tín hiệu báo gác máy: Khi thuê bao nhấc ống nghe ra khỏi điện
thoại quá lâu mà không gọi cho ai thì thuê bao sẽ nhận được một tín hiệu

chuông rất lớn để cảnh báo. Tín hiệu này là tổng hợp của bốn tần số 1400Hz
+ 2050Hz + 2450Hz + 2600Hz được phát ra dạng xung 0.1s có và 0.1s
không.
3. Tín hiệu đảo cực:
Đảo cực

Hình 1.7: Tín hiệu đảo cực.
Tín hiệu đảo cực chính là sự đảo cực tính của nguồn tại tổng đài, khi
hai thuê bao bắt đầu cuộc đàm thoại, một tín hiệu đảo cực sẽ xuất hiện. Khi
đó hệ thống tính cước của tổng đài sẽ bắt đầu thực hiện việc tính cước đàm
thoại cho thuê bao gọi.

GVHD : PHAN DUY ANH
10

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

BẢNG TÓM TẮT TẦN SỐ TÍN HIỆU TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
THOẠI
Vùng
hoạt Chuẩn
động (Hz)
(Hz)
Tín hiệu chuông

16 – 60

Dạng tín hiệu

Đvị

425± 25

Xung 2s on 4s off Hz

Tín hiệu mời gọi

425± 25

Liên tục

Tín hiệu báo bận

425± 25

Xung 0,5s on 0,5s Hz
off

Tín hiệu chuông hồi
tiếp

425± 25

Xung 2s on 4s off Hz

Tín hiệu báo gác máy

1400+2060 Xung 0,1s on 0,1s Hz
+
off

Hz

2450+2600
Tín hiệu sai số

200-400

Liên tục

Hz

II. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN THOẠI:
1. Nguyên lý thông tin điện thoại:
Thông tin điện thoại là quá trình truyền đưa tiếng nói từ nơi này đến
nơi khác bằng dòng điện qua máy điện thoại. Máy điện thoại là thiết bị đầu
cuối của mạng thông tin điện thoại. Quá trình thông tin đó được minh họa
như sau:
a.Sơ đồ:
Mạch điện thoại đơn giản gồm:
- Ống nói.
- Ống nghe.
- Nguồn điện.
- Đường dây.
Đường dây
Ống nghe

Sóng âm thanh
Ống nói

GVHD :Sóng
PHANâm
DUY
ANH
thanh
11

Nguồn

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

Hình1.8: Nguyên lý truyền thông tin trên điện thoại.
b.Nguyên lý:
Khi ta nói trước ống nói của máy điện thoại, dao động âm thanh của
tiếng nói sẽ tác động vào màng rung của ống nói làm cho ống nói thay
đổi, xuất hiện dòng điện biến đổi tương ứng trong mạch. Dòng điện biến
đổi này được truyền qua đường dây tới ống nghe của máy đối phương
làm cho màng rung của ống nghe dao động, lớp không khí trước màn
rung dao động theo, phát ra âm thanh tác động đến tai người nghe và quá
trình truyền dẫn ngược lại cũng tương tự.
2. Những yêu cầu cơ bản về máy điện thoại:
a) Khi thu phát tín hiệu chuông thì bộ phận đàm thoại phải được tách

rời đường điện, trên đường dây chỉ có dòng tín hiệu chuông.
b) Khi đàm thoại, bộ phận phát và nhận tín hiệu chuông phải tách ra
khỏi đường điện, trên đường dây chỉ có dòng điện điện thoại.
c) Máy phải phát được mã số thuê bao bị gọi tới tổng đài và phải
nhận được tín hiệu chuông từ tổng đài đưa tới.
d) Trạng thái nghỉ, máy thường trực đón nhận tín hiệu chuông của
tổng đài.
Ngoài ra, máy cần phải chế tạo ngắn gọn, nhẹ, đơn giản, bền, đẹp, tiện lợi
cho mọi người sử dụng.
3. Những chức năng cơ bản của máy điện thoại:
a) Chức năng báo hiệu: báo cho người sử dụng điện thoại biết tổng
đài điện thoại sẵn sàng tiếp nhận hoặc chưa tiếp nhận cuộc gọi đó
bằng các âm hiệu.
b) Phát mã số của thuê bao bị gọi vào tổng đài bằng cách thuê bao
chủ gọi ấn phím số trên máy điện thoại.
c) Thông báo cho người sử dụng điện thoại biết tình trạng diễn biến
việc kết nối mạch bằng các âm hiệu.
GVHD : PHAN DUY ANH
12

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

d) Báo hiệu bằng chuông cho thuê bao biết là có người đang gọi
mình.
e) Biến âm thanh thành tín hiệu điện phát sang máy đối phương và
chuyển tín hiệu điện từ máy đối phương tới thành âm thanh.

f) Báo hiệu cuộc gọi kết thúc.
g) Khử trắc âm, chống tiếng dội, tiếng keng, tiếng click khi phát
xung số.
h) Tự động điều chỉnh âm lượng và phối hợp trở kháng với đường
dây.

4. TẦM QUAN TRỌNG VÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐIỀU KHIỂN TỪ
XA:
Một nền công nghiệp phát triển mạnh luôn đi đôi với các thiết bị, máy
móc tinh vi hơn, phức tạp hơn. Với nền công nghiệp phát triển như thế, điều
khiển từ xa đóng vai trò quan trọng trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện
đại hóa đất nước.
Trong công nghiệp, tại các lò phản ứng, các nhà máy hay tại những
nơi có mức độ nguy hiểm cao mà con người không thể tiếp cận để điều
khiển được, ta phải cần đến bộ điều khiển từ xa để điều khiển.
Điều khiển và giám sát từ xa không những phục vụ cho công nghiệp
hay nghiên cứu khoa học mà nó còn góp một phần không nhỏ vào phục vụ
cho nhu cầu cuộc sống hàng ngày của con người.
Tùy thuộc vào mục đích và yêu cầu mà các hệ thống điều khiển từ xa
có cấu tạo từ đơn giản đến phức tạp. Tuy nhiên, có thể chia chúng làm hai
loại chính đó là: Điều khiển từ xa bằng vô tuyến và điều khiển từ xa bằng
hữu tuyến.

GVHD : PHAN DUY ANH
13

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

CHƯƠNG III:
GIỚI THIỆU LINH KIỆN
I. PIC 16F877A:
Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-controller, là mạch tích hợp trên một
chip có thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của một hệ thống.
Theo các tập lệnh của người lập trình, bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ
thông tin, xử lý thông tin, đo thời gian và tiến hành đóng, mở một cơ cấu nào
đó.
Trong các thiết bị điện và điện tử dân dụng, các bộ vi điều khiển, điều
khiển hoạt động của TV, máy giặt, điện thoại, lò viba… Trong hệ thống sản
xuất tự động, bộ vi điều khiển được sử dụng trong Robot, dây chuyền tự
động. Các hệ thống càng “thông minh” thì vai trò của hệ thống vi điều khiển
càng quan trọng.
1. Khảo sát bộ vi điều khiển PIC 16F877A:
Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có
độ dài 14 bit, mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock, tốc
độ hoạt động tối đa cho phép là 20MHZ với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ
nhớ chương trình 8Kx14bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte và bộ nhớ dữ liệu
EEPROM với dung lượng 256x8 byte, số port I/O là 5 với 33 pin I/O.
2. Các cổng xuất nhập của PIC 16F877A:
Cổng xuất nhập (I/O port) chính là phương tiện mà vi điều khiển dùng
để tương tác với thế giới bên ngoài. Bên cạnh đó, do vi điều khiển được tích
GVHD : PHAN DUY ANH
14

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

hợp sẵn bên trong các đặc tính giao tiếp ngoại vi nên bên cạnh chức năng là
cổng xuất nhập thông thường, một số chân xuất nhập còn có thêm các chức
năng khác để thể hiện sự tác động của các đặc tính ngoại vi nêu trên đối với
thế giới bên ngoài.

Hình 1.9: Cổng xuất nhập I/O của pic 16F877A.
Vi điều khiển PIC16F877A có 5 cổng xuất nhập, bao gồm PORTA, PORTB,
PORTC, PORTD và PORTE.
a. Port A.
PORTA bao gồm 6 I/O pin ( RA0 –RA5) . Đây là các chân “hai chiều”
(bidirectional pin), nghĩa là có thể xuất và nhập được. Chức năng I/O này
được điều khiển bởi thanh ghi TRISA (địa chỉ 85h). Muốn xác lập chức
năng của một chân trong PORTA là input, ta “set” bit điều khiển tương ứng
với chân đó trong thanh ghi TRISA và ngược lại, muốn xác lập chức năng
của một chân trong PORTA là output, ta “clear” bit điều khiển tương ứng
với chân đó trong thanh ghi TRISA.

GVHD : PHAN DUY ANH
15

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

Bên cạnh đó portA còn là ngõ ra của bộ ADC , bộ so sánh, ngõ vào analog,

ngõ vào xung clock của Timer0 và ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP.
b. Port B.
PORTB (RPB) gồm 8 pin I/O ( RB0 – RB7). Thanh ghi điều khiển xuất
nhập tương ứng là TRISB. Bên cạnh đó một số chân của PORTB còn được
sử dụng trong quá trình nạp chương trình cho vi điều khiển với các chế độ
nạp khác nhau. PORTB còn liên quan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer0.
PORTB còn được tích hợp chức năng điện trở kéo lên (20k ohm) được điều
khiển bởi chương trình.
c. Port C.
PORTC (RPC) gồm 8 pin I/O (RC0 – RC7). Thanh ghi điều khiển xuất
nhập tương ứng là TRISC. Bên cạnh đó PORTC còn chứa các chân chức
năng của bộ so sánh, bộ Timer1, bộ PWM và các chuẩn giao tiếp nối tiếp
I2C, SPI, SSP, USART.
d. Port D.
PORTD (RPD) gồm 8 chân I/O ( RD0 – RD7), thanh ghi điều khiển xuất
nhập tương ứng là TRISD.
PORTD còn là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp PSP (Parallel Slave
Port).
e. Port E.
Port E có 3 chân RE0 , RE1 , RE2 có thể được cấu hình là các chân xuất
nhập. Các chân của PORTE có ngõ vào analog , tại chế độ này khi đọc trạng
thái các chân port E sẽ cho ta giá trị 0 . Bên cạnh đó PORTE còn là các chân
điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP.
3. Sơ đồ tổ chức bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A
a. Stack .
GVHD : PHAN DUY ANH
16

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

Stack không nằm trong bộ nhớ chương trình hay bộ nhớ dữ liệu mà là một
vùng nhớ đặc biệt không cho phép đọc hay ghi.
Khi lệnh CALL được thực hiện hay khi một ngắt xảy ra làm chương trình bị
rẽ nhánh, giá trị của bộ đếm chương trình PC tự động được vi điều khiển cất
vào trong stack. Khi một trong các lệnh RETURN, RETLW hat RETFIE
được thực thi, giá trị PC sẽ tự động được lấy ra từ trong stack, vi điều khiển
sẽ thực hiện tiếp chương trình theo đúng qui trình định trước.
Bộ nhớ Stack trong vi điều khiển PIC họ 16F87xA có khả năng chứa được 8
địa chỉ và hoạt động theo cơ chế xoay vòng. Nghĩa là giá trị cất vào bộ nhớ
Stack lần thứ 9 sẽ ghi đèlên giá trị cất vào Stack lần đầu tiên và giá trị cất
vào bộ nhớ Stack lần thứ 10 sẽ ghi đè lên giá trị cất vào Stack lần thứ 2.
b. Bộ nhớ dữ liệu.
Bộ nhớ dữ liệu được chia thành 4 bank, mỗi bank có dung lượng 128
byte RAM tĩnh. Mỗi bank bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR
(Special Function Register) nằm ở vùng địa chỉ thấp, và các thanh ghi mục
đích chung GPR (General Purpose Register) nằm ở vùng địa chỉ cao. Các
thanh ghi SFR thường xuyên được sử dụng như STATUS, INTCON, FSR
được bố trí trên tất cả các bank giúp thuận tiện trong quá trình truy xuất.

GVHD : PHAN DUY ANH
17

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

Hình 2.1 :Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu Pic16F877A.

c. SƠ ĐỒ CHÂN PIC 16F877A:
GVHD : PHAN DUY ANH
18

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

Hình 2.2: Sơ đồ chân Pic16f877A.
d.BẢNG TÍNH NĂNG CÁC CHÂN PIC 16F877A:
Tên
OSC1/CLKI

Chân Loại

Mô tả chức năng

13

Dao động tinh thể lối vào dao động

I

ngoài

OSC2/CLKO

14

O

Dao động tinh thể hoặc lối ra xung
nhịp

MCLR/Vpp

1

I/P

Lối vào reset. Lối vào điện áp nạp
trình Vpp

GVHD : PHAN DUY ANH
19

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

RA0/AN0

2

I/O

Vào/ ra số. Lối vào analog 0

RA1/AN1

3

I/O

Vào/ ra số. Lối vào analog 1
Vào ra số. lối vào analog 2. Lối vào

RA2/AN2/V- 4

I/O

reff/CVRef
RA3/AN3/V+Ref

điện áp chuẩn V-ref của ADC. Lối ra
Vref so sánh

5

I/O

Vào/ ra số. Lối vào analog 3. Lối vào
điện áp chuẩn V-ref của ADC

RA4/TOCKI/C1O 6

I/O

UT

Vào/ra số cực máng ngỏ. Lối vào
xung ngoài cho timer. Lối ra bộ so
sánh 1

RA5/SS/AN4/C2O 7

I/O

UT

Vào/ra số. lối vào chọn SOI. Lối vào
analog 4. lối ra bộ so sánh 2

RB0/INT

33

I/O

Vào/ra số. Lối vào ngắt ngoài.

RB1

34

I/O

Vào/ra số.

RB2

35

I/O

Vào/ra số.

RB3/PGM

36

I/O

Vào/ra số. Nạp trình LVP

RB4

37

I/O

Vào/ra số

RB5

38

I/O

Vào/ra số

RB6

39

I/O

Vào/ra số. Xung nhịp nạp trình ICSP

GVHD : PHAN DUY ANH
20

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

RB7

40

I/O

Vào/ra số. Dữ nạp trình ICSP

RC0/T1OSO/T1C 15

I/O

Vào/ra số. Tạo dao động timer. Xung

KI
RC1/T1OSI/CCP2

nhịp ngoài cho timer 1
16

I/O

Vào/ra số. Tạo timer1. Lối vào
Capture. Lối ra Compare2. Lối ra
PWM2

RC2/CCP1

17

I/O

Vào/ra

số.

Lối

vào

Vào/ra

số

Capture1. Lối ra PWM1
RC3/SCK/SCL

18

I/O

Vào/ra số. Nhịp đồng bộ choSPI và
I2C

RC4/SDI/SDA

23

I/O

Vào/ra số. Vào dữ liệu SPI. Vào/ra
dữ liệu I2C

RC5/SDO

24

I/O

Vào/ra số. Ra dữ liệu SPI

RC6/TX/CK

25

I/O

Vào/ra số. Cổng truyền thông không
đồng bộ. Xung nhịp truyền đồng bộ

RC7/RX/DT

26

I/O

Vào/ra số. Cổng nhận không đồng
bộ. Dữ liệu đồng bộ

RD0

19

I/O

Vào/ra số. Cổng song song tớ

RD1

20

I/O

Vào/ra số. Cổng song song tớ

RD2

21

I/O

Vào/ra số. Cổng song song tớ

GVHD : PHAN DUY ANH
21

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

RD3

22

I/O

Vào/ra số. Cổng song song tớ

RD4

27

I/O

Vào/ra số. Cổng song song tớ

RD5

28

I/O

Vào/ra số. Cổng song song tớ

RD6

29

I/O

Vào/ra số. Cổng song song tớ

RD7

30

I/O

Vào/ra sô. Cổng song song tớ

RE0/RD/AN5

7

I/O

Vào/ra số. Điều khiển RD cổng song
song

RE1/WR/AN6

8

I/O

Vào/ra số. Điều khiển WR cổng song
song

RE2/CS/AN7

9

I/O

Vào/ra số. Điều khiển CS cổng song
song

Vss

12,31 I/O

Đất chung cho lối vàp/ra và analog

Vdd

11,32 I/O

Cấp nguồn dương

4. CÁC ĐẶC TÍNH NGOẠI VI BAO GỒM CÁC KHỐI CHỨC NĂNG
SAU:
Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.
Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực thi hiện chức năng
đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ
sleep.
Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tấn số, bộ postcaler.
Hai bộ capture/ so sánh/ điều chế độ rộng xung.
GVHD : PHAN DUY ANH
22

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (synchronous serial port), SPI và I2C.
chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ, cổng giao tiếp song song
PSP (parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD, WR, CR ở bên ngoài.
Các đặc tính analog:
+ 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit.
+ Hai bộ phận so sánh.
Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:
Bộ nhớ flash với khả năng ghi xoá được 100.000 lần.
Bộ EEPROM với khả năng ghi xoá được 1.000.000 lần.
Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm, khả năng tự nạp
chương trình với sự điều khiển của phần mềm nạp được chương trình ngay
trên mạch điện ICSP (In Circuit serial Programming).
+ Watchdog Timer với bộ dao động trong.
+ Chức năng bảo mật mã chương trình.
+ Chế độ sleep.
Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau.
a. Chương trình delay:
Chương trình delay là cho vi điều khiển làm một công viêc vô nghĩa nào đó
trong một khoảng thời gian định trước, khoảng thời gian này được tính toán
dựa trên quá trình thực thi lệnh, hay cụ thể hơn là dựa vào thời gian của một
chu kì lệnh.
Timer0:
•Bộ đếm 8 bit
•Ghi/đọc được.
•Có bộ chia 8 bit lập trình được.
GVHD : PHAN DUY ANH
23

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

•Chọn xung nhịp bên ngoài hoặc bên trong.
•Sinh ngắt TOIF khi tràn chuyền từ FFh→ 00h.
•Chọn sườn xung khi lấy xung nhịp từ bên ngoài.
Timer0 dùng làm bộ đếm xung nhịp của vi điều khiển vể tạo ra một bộ đếm
thời gian. Chế độ đếm thời gian được chọn bằng cách đặt bit T0CS = 0 (bit
OPTION<5>). Trong các chế độ đếm thời gian, thanh ghi TMR0 tăng một
đơn vị sau mỗi chu kỳ máy. Thanh ghỉ TMR0 có thể được ghi đọc trong
chương trình để xác lập hoặc lấy giá trị hiện thời của timer0.

Hình 2.3 : Sơ đồ khối Timer0.
Timer0 dùng để đếm các xung từ bên ngoài cấp vào chân RA4. Chế độ
đếm xung được chọn bằng cách đặt T0CS = 1. Trong chế độ này thanh ghi
Timer0 tăng một đơn vị sau mỗi sườn lên hoặc sườn xuống tùy thuộc vào
trạng thái của bit T0SE.
Bộ chia trước được dùng chung cho hai khối watchdog và Timer0. Việc gắn
bộ chia trước cho khối nào được chọn bằng bít PSA(OPTION<3>). Hệ số
chia phụ thuộc giá trị của bit PS2:PS1:PS0 của thanh ghi OPTION.
GVHD : PHAN DUY ANH
24

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

Ngắt timer0 xảy ra khi thanh ghi TMR0 tràn, chuyển từ FFh→00h. Sự tràn
này sẽ đặt bít T0IF = 1. Ngắt T0IF có thể che bằng bit T0IE. Cờ T0IF phải
được xóa bằng phần mềm.
Timer1:
Timer1 là bộ định thời 16 bit, giá trị của Timer1 sẽ được lưu trong hai thanh
ghi (TMR1H:TMR1L). Cờ ngắt của Timer1 là bit TMR1IF (PIR1<0>). Bit
điều khiển của Timer1 sẽ là TMR1IE (PIE<0>). Tương tự như Timer0,
Timer1 cũng có hai chế độ hoạt động: chế độ định thời (timer) với xung kích
là xung clock của oscillator (tần số của timer bằng ¼ tần số của oscillator)
và chế độ đếm (counter) với xung kích là xung phản ánh các sự kiện cần
đếm lấy từ bên ngoài thông qua chân RC0/T1OSO/T1CKI (cạnh tác động là
cạnh lên). Việc lựa chọn xung tác động (tương ứng với việc lựa chọn chế độ
hoạt động là timer hay counter) được điều khiển bởi bit TMR1CS
(T1CON<1>). Sau đây là sơ đồ khối của Timer1:

Hình 2.4: Sơ đồ khối Timer1.
Timer2:

GVHD : PHAN DUY ANH
25

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI