NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TỪ XA BẰNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG THÔNG QUA MẠNG GSM

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGUYỄN VĂN VIỆT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT
BỊ ĐIỆN TỪ XA BẰNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG THÔNG QUA
MẠNG GSM

HẢI PHÒNG - 2015


BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGUYỄN VĂN VIỆT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT
BỊ ĐIỆN TỪ XA BẰNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG THÔNG QUA
MẠNG GSM

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG;

MÃ SỐ: D52027

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn 1 : ThS. NGÔ XUÂN HƯỜNG
Người hướng dẫn 2 : ThS. VŨ XUÂN HẬU
HẢI PHÒNG - 2015


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trường Đại Học Hàng Hải
Việt Nam đã tận tình dạy dỗ trong suốt những năm học vừa qua. Trong đó phải kể
đến quý thầy cô trong Khoa Điện - Điện Tử đã tạo điều kiện cho em được học tập
và thực hiện đồ án tốt nghiệp này.
Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn thực hiện đồ án là
thầy th.s Ngô Xuân Hường và thầy th.s Vũ Xuân Hậu đã tận tình giúp đỡ em
trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ chúng em trong quá trình thực hiện đề tài.
Sau gần 2 tháng học tập, làm việc với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo
hướng dẫn, cùng với sự đóng góp nhiệt tình của bạn bè đã tạo điều kiện để em
hoàn thành đồ án này. Bản thân em đã học hỏi, tiếp thu được những kiến thức bổ
ích, những kinh nghiệm quý báu, những bài học quý giá khi thực hiện đồ án này
.
Qua những kinh nghiệm làm đồ án,em sẽ không ngừng trau dồi, nâng cao
kiến thức. Đồng thời góp phần nhỏ bé của mình vào sự nghiệp giáo dục của
nước nhà, từng bước nâng cao vị thế người Việt Nam trên thế giới.
Vì thời gian hạn hẹp và trình độ hiểu biết còn hạn chế, nên đồ án của em còn
những thiếu sót không tránh khỏi. Em rất mong được sự thông cảm, đóng góp ý
kiến và sửa đổi của quý thầy cô.
Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô, gia đình và bạn bè đã hỗ
trợ cho em trong suốt thời gian vừa qua.

Em xin trân thành cảm ơn!
Hải phòng, ngày 12, tháng 12 năm
2015
Sinh viên thực hiện đồ án :
Nguyễn Văn Việt

i


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan:
Đồ án tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân em, được
thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức được học và khảo sát thực
tế, có tham khảo qua một số tài liệu chính quy nhưng không phải là sao chép
,được thực hiện dựa trên sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn là thầy
th.s Ngô Xuân Hường và thầy th.s Vũ Xuân Hậu.
Một lần nữa em xin khẳng định về sự chung thực của đồ án, nếu có bất kỳ
sự sao chép nào em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Sinh viên thực hiện đồ
án :
Nguyễn Văn Việt

ii


MỤC LỤC
Trang
LỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................1
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI............................................................2
1.Giới thiệu về đồ án ..................................................................................2

2.Đối tượng nghiên cứu.................................................................................3
3.Mục đích nghiên cứu..................................................................................3
4.Ứng dụng của đồ án....................................................................................4
5.Bố cục của đồ án.........................................................................................4
CHƯƠNG II : LÝ THUYẾT LIÊN QUAN..........................................................4
2.1.Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM......................................5
2.1.1. Đặc điểm của công nghệ GSM............................................................5
2.1.2.Cấu trúc của mạng GSM.......................................................................5
2.2.Tổng quan về tin nhắn SMS....................................................................6
2.2.1.Cấu trúc một tin nhắn SMS..................................................................6
2.2.2.Ưu điểm của tin nhắn SMS...................................................................6
2.3.Tổng quan về Module Sim900................................................................7
2.3.1.Giới thiệu về Module Sim900..............................................................7
2.3.2.Đặc điểm của Module Sim900.............................................................7
2.3.3.Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân.....................................10
2.3.4.Khảo sát tập lệnh AT của Module sim900.........................................13
2.3.4.1.Các thuật ngữ...............................................................................13
2.3.4.2.Cú pháp lệnh AT..........................................................................13
2.1.6.3.Các lệnh AT được sử dụng trong đồ án.......................................14
a. Lệnh ATZ.........................................................................................14
b. Lệnh AT+CMGR : đọc nội dung tin nhắn.......................................14
c. Lệnh AT+CMGS : gửi tin nhắn SMS..............................................14
iii


d. AT+CMGD : xóa tin nhắn SMS......................................................15
f. Lệnh AT&W : lưu các tham số hiện tại vào mẫu người dùng........16
g. Lệnh AT+CMGF : lựa chọn định dạng tin nhắn SMS....................16
h. Lệnh AT+CNMI : thông báo có tin nhắn mới đến..........................16
i. Lệnh AT+CSAS : lưu các thiết lập tin nhắn SMS...........................16

2.4.Tổng quan về chíp điều khiển PIC16F877A ........................................17
2.4.1.Khái quát chíp điều khiển PIC16F877A.............................................17
2.4.2.Các cổng xuất nhập của PIC16F877A................................................18
2.4.2.1.PORTA........................................................................................19
2.4.2.2. PORTB.......................................................................................19
2.4.2.3.PORTC........................................................................................20
2.4.2.4.PORTD........................................................................................20
2.4.2.5.PORTE.........................................................................................20
2.2.4.Giao tiếp nối tiếp – USART...............................................................21
2.2.5.Ngắt – Interrup....................................................................................21
CHƯƠNG III : THI CÔNG.................................................................................24
3.1.Thi công phần cứng...............................................................................24
3.1.1.Phương án thiết kế .............................................................................24
3.1.2.Yêu cầu phần cứng.............................................................................25
3.1.3.Thiết kế phần cứng.............................................................................25
3.1.3.1. Module sim900...........................................................................25
a. Breakout Sim900.............................................................................25
b. Khối giao tiếp..................................................................................26
3.1.3.2. Khối điều khiển...........................................................................30
3.1.3.3.Khối công suất.............................................................................31
3.1.4.Thiết kế mạch in................................................................................34
3.1.4.2.Sơ đồ sắp xếp linh kiện ...............................................................36
3.2.Thi công viết chương trình....................................................................37
3.2.1.Yêu cầu thiết kế..................................................................................37
3.2.2.Thiết đặt cấu hình cho Module Sim900..............................................37
3.2.3.Xây dựng lưu đồ ................................................................................40
iv


3.2.3.1.Lưu đồ chương trình chính..........................................................40

3.2.3.2.Lưu đồ xử lý tin nhắn mới...........................................................43
3.2.3.3.Lưu đồ điều khiển thiết bị............................................................45
3.2.4.Chương trình điều khiển....................................................................47
KẾT QUẢ, HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ ĐỀ XUẤT..........................................47
1. Kết quả thực hiện.....................................................................................48
2.Ưu điểm và hạn chế..................................................................................48
2.1.Ưu điểm ............................................................................................48
2.2.Nhược điểm.......................................................................................49
3.Hướng phát triển.......................................................................................49
4.Đề xuất......................................................................................................50
Tài liệu tham khảo...............................................................................................52
PHỤ LỤC............................................................................................................52
Phụ lục I : Code chương trình......................................................................52
Phụ lục II : Sơ đồ nguyên lý........................................................................62

v


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT

Từ viết

1

tắt
AT

Attention

Sự chú ý

2

BSS

Base Station Subsystem

Phân hệ trạm gốc

3

DCE

Data Communication

Thiết bị truyền thông dữ

DTE

Equipment
Data Terminal

liệu
Thiết bị đầu cuối dữ liệu

GSM

Equipment
Global System for

Hệ thống thông tin di động
số toàn cầu
Trạm di động

4
5

Tiếng Anh

Tiếng Việt

6

MS

Mobile communication
Mobile Station

7

NSS

Network Switching

Phân hệ chuyển mạch

OSS

Subsystem

Operation Subsystem

Phân hệ bảo dưỡng và khai

Short Message Service
Short Message Service

thác
Dịch vụ tin nhắn ngắn
Trung tâm tin nhắn

Center
Radio frequency
Subscriber Indentity

Tần số vô tuyến
Thẻ nhận dạng thuê bao

8
9
10
11
12

SMS
SMSC
RF
SIM

Module

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng

Tên bảng
vi

Trang


Bảng 2.1

Chức tính năng các chân của Module Sim900

10

Bảng 2.2

Chức năng các chân của Module Sim900

15

Bảng 2.3

Các chế độ lệnh AT

17

Bảng 3.1

Các chân ra của Breakout Sim900

29

DANH MỤC CÁC HÌNH

vii


Số hình
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9
Hình 3.10
Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13

Hình 3.14
Hình 3.15
Hình 3.16
Hình 3.17
Hình 3.18
Hình 3.19
Hình 3.20
Hình 3.21
Hình 3.22
Hình 3.23
Hình 3.24
Hình 3.25
Hình 3.26

Tên hình
Cấu trúc của mạng GSM
Cấu trúc của 1 tin nhắn SMS
Module Sim900
Sơ đồ chân Module Sim900
Hình ảnh thực tế của chíp PIC16F877A
Sơ đồ khối điều khiển PIC16F877A
Sơ đồ logic các ngắt trong chíp điều khiển
PICC16F877A
Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống
Hình ảnh Breakout Sim900
Sơ đồ chân Breakout Sim900
Sơ đồ khối nguồn 5V
IC ổn áp 7805
IC nguồn Mic29302
Khối giao tiếp Module Sim900 và PIC16F877A

Hình ảnh thực tế IC 7408
Cấu tạo IC 7408
Hệ thống đèn LED chỉ thị
Sơ đồ chân Triac BTA 16
Sơ đồ chân MOC3020
Cấu tạo bên trong ULN2803
Khối lái tải
Mạch in lớp khối xử lý
Mạch in khối công suất
Sơ đồ sắp xếp linh kiện khối xử lý
Sơ đồ sắp xếp linh kiện khối công suất
Phần mềm Putty và USB to UART
Sơ đồ kết nối chân Module SIM với Module USB
to UART
Thiết lập cấu hình cho Module SIM900
Kiểm tra tin nhắn
Kiểm tra đọc tin nhắn và xóa tin nhắn
Lưu đồ chương trình chính
Lưu đồ xử lý tin nhắn
Lưu đồ điều khiển thiết bị

viii

Trang
5
6
7
10
18
19

24
25
27
27
28
28
29
30
31
31
32
33
33
33
34
36
36
37
37
38
39
39
40
40
42
45
46


ix

LỜI NÓI ĐẦU
“Smart House - Ngôi nhà thông minh’’ đã được nghiên cứu và phát triển trên thế
giới. Việc điều khiển các thiết bị điện trong nhà hoặc là trực tiếp hoặc là từ xa là yêu
cầu cơ bản của điều khiển ngôi nhà thông minh. Việc điều khiển từ xa có thể có thiết
bị riêng, mạng internet và đặc biệt là sử dụng một phương tiện đang được sử dụng
phổ biến nhất là điện thoại di động.Với ý tưởng ban đầu là xây dựng một thiết bị
không dây dùng sóng hồng ngoại hoặc sóng RF để điều khiển các thiết bị điện
trong nhà. Nhưng chúng đều có nhược điểm riêng. Qua nghiên cứu ứng dụng công
nghệ di động sử dụng cho mục đích ngoài thông tin liên lạc là tính năng điều
khiển từ xa. Bằng cách sử dụng điện thoại di động để nhắn tin SMS gửi đến một
một mạch điều khiển có gắn Module sim để điều khiển các thiết bị điện. Với cách
này có thể khắc phục các nhược điểm như bị vật cản (sóng hồng ngoại), khoảng
cách ngắn (sóng RF). Chính vì các ưu điểm của việc điều khiển từ xa của điện thoại
di động vì thế em đã lựa chọn đề tài : "Nghiên cứu xây dựng mạch điều khiển các
thiết bị điện từ xa bằng điện thoại di động thông qua mạng GSM". Đồ án chỉ tập
trung vào nghiên cứu việc điều khiển từ xa thiết bị điện trong nhà bằng điện thoại
di động nhằm bước đầu làm quen, tiếp cận và xây dựng hệ thống điều khiển từ xa
cơ bản dựa trên công nghệ di động.
Đồ án nghiên cứu xây dựng một hệ thống điều khiển đồng bộ bao gồm phần
mềm được xây dựng trên máy tính, xử lý các tin nhắn điều khiển, và thực thi các
lệnh điều khiển đó. Phần cứng xây dựng dựa trên nền tảng là Module Sim900, chip
PIC16F877A và chip ULN280APG. Đối tượng điều khiển là các thiết bị điện sử
dụng trong nhà với mục tiêu tạo thuận tiện cho người dùng trong việc bật tắt nguồn
và giám sát thiết bị từ đó góp phần nâng cao tính tiện nghi cho ngôi nhà thông minh,
giảm thiểu năng lượng điện hao phí.
Sinh viên thực hiện đồ án :
Nguyễn Văn Việt
1

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.Giới thiệu về đồ án
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật,
công nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó đặc biệt là kỹ thuật điều khiển tự động
đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công
nghiệp, cung cấp thông tin ... Do đó, là một sinh viên chuyên ngành Điện – Điện
tử viễn thông của trường đại học hàng hải Việt Nam, 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 trong sự phát triển kỹ thuật điện tử, tuyền thông nói
riêng. Bên cạnh đó còn là sự thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế nước nhà.
Như chúng ta đã biết, gần như các thiết bị điện trong nhà máy, trong đời 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 nhà sản xuất. Chúng
chưa có một sự liên kết nào với nhau về mặt dữ liệu. Nhưng đối với hệ thống điều
khiển thiết bị từ xa bằng điện thoại đi động dùng tin nhắn SMS trong mạng GSM
thì lại khác. Ở đây, các thiết bị điện được kết nối với nhau thành một hệ thống
hoàn chỉnh qua một mạch điện trung tâm và có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ
liệu.
Điển hình của một hệ thống điều khiển thiết bị điện trong nhà từ xa thông qua
tin nhắn SMS bao gồm có các thiết bị đơn giản như bóng đèn, quạt máy, máy điều
hòa đến các thiết bị tinh vi, phức tạp như tivi, máy giặt, cửa thông minh, hệ thống
báo động … Nó hoạt động như một ngôi nhà thông minh. Nghĩa là tất cả các thiết
bị này có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu thông qua một môt mạch điện trung
tâm. Mạch điện trung tâm ở đây có thể là một máy vi tính hoàn chỉnh hoặc có thể
là mạch điện độc lập đã được lập trình sẵn tất cả các chương trình điều khiển. Khi
lắp đặt hệ thống, các thiết bị trong ngôi nhà này có thể được điều khiển từ xa
thông qua các tin nhắn của chủ nhà. Chẳng hạn như việc tắt quạt, đèn điện … khi
người chủ nhà quên chưa tắt trước khi ra khỏi nhà. Hay chỉ với một tin nhắn SMS,

2


người chủ nhà có thể bật máy điều hòa để làm mát phòng trước khi về nhà trong
một khoảng thời gian nhất định hay bật bình nước nóng trước khi về..
Từ những yêu cầu thực tế, những kiến thức chuyên nghành Điện – Điện tử mà
em được học và nhằm nâng cao tính tiện nghi cho ngôi nhà thông minh, em đã lựa
chọn đề tài : "Nghiên cứu xây dựng mạch điều khiển các thiết bị điện từ xa bằng
điện thoại di động thông qua mạng GSM" 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.
2.Đối tượng nghiên cứu
Các đối tượng nghiên cứu chủ yếu của đề tài :
- Tổng quan về mạng di động GSM và tin nhắn SMS
- Module Sim900 của hãng Simcom và tập lệnh AT để điều khiển
- Tổng quan về vi điều khiển PIC16F877A
3.Mục đích nghiên cứu
Đồ án được nghiên cứu, khảo sát và xây dựng với mục đích là áp dụng những
kiến thức đã được học trong nhà trường để thiết kế, tạo ra một hệ thống "Điều
khiển tự động từ xa bằng điện thoại di động sử dụng tin nhắn SMS" hoàn chỉnh.
Hệ thống tích hợp module nhận tin nhắn sử dụng mạng GSM, module xử lý dữ
liệu, module công suất để điều khiển các thiết bị điện trong nhà đáp ứng nhu cầu
của người sử dụng với độ chính xác cao và thời gian đáp ứng nhanh. Hệ thống sẽ
thu nhận các tín hiệu của thiết bị đầu cuối (mobile) để thực hiện các lệnh điều
khiển các thiết bị điện trong và phản hội trạng thái của các thiết bị được điều.
Một số chức năng của hệ thống điều khiển bằng điện thoại di động :
Điều khiển mở/tắt các thiết bị điện dân dụng.
Có thể mở/tắt tất cả các thiết bị cùng lúc hoặc từng thiết bị.
Có thể ứng dụng trong công nghiệp.
Qua quá trình tìm hiểu các chức năng của Module SIM900, có thể áp dụng để thi
công một mạch điện điều khiển tắt/mở 8 bóng đèn tượng trưng cho 8 thiết bị điện

trong nhà. Module SIM900 có thể làm việc tại các ví trí có phủ sóng của mạng điện
thoại di động đang hoạt động trong nước như Viettel, Mobile Phone, Vina Phone...
Sau khi thực hiện đề tài này sẽ giúp cho sinh viên nắm vững được các kiến thức chuyên
3


môn cơ bản , những kiến thức này sẽ hỗ trợ cho sinh viên khi ra làm ngoài môi trường thực tế.
4.Ứng dụng của đồ án
Ứng dụng chính của đồ án là nhằm xây một hệ thống mạch điện có khả năng
điều khiển từ xa các thiết điện bằng cách người sử dụng dùng điện thoại cá nhân
nhắn tin với lệnh tương ứng để điều khiển bật tắt các thiết bị.
Đồ án được xây dựng để đáp ứng nhu cầu trong thực tế và nhằm mang lại
tính tiện nghi, hiện đại cho ngôi nhà mà bạn đang ở, đồ án là một trong những
bước tiến lại gần hơn với mục tiêu ngôi nhà thông minh.
Đề tài lấy căn bản là sử dụng tin nhắn SMS là mệnh lệnh để điều khiển từ xa
các thiết bị điện trong nhà.Việc lấy tin nhắn SMS là phương thức để điều khiển
thiết bị điện có thuận lợi là giá rẻ, mang tính cơ động và cạnh tranh (nghĩa là có
thể điều khiển được thiết bị ở nơi có phủ sóng mạng điện thoại di động mà người
sử dụng đang dùng). Ngoài ra đồ án còn có tính nâng cao, có thể sử dụng cho
nhiều đối tượng khác nhau trong gia đình cũng như trong công nghiệp.
Với những tính năng tiện lợi, ưu việt như vậy, thì em mong sản phẩm cuối
cùng của đồ án là một mạch điện điều khiển từ xa các thiết bị điện trong nhà sẽ
được sản xuất nhiều hơn và được lắp đặt trong mỗi ngôi nhà như một thiết bị
không thể thiếu.
5.Bố cục của đồ án
Bố cục của đồ án được chia thành 3 chương :
Chương I : Tổng quan về đề tài
Chương II : Lý thuyết liên quan
Chương III : Thi công
Trong mỗi phần lại được chia thành những chương, mục nhỏ. Sở dĩ đồ án

được chia thành những phần nhỏ như vậy là giúp cho đồ án được thể hiện một
cách mạch lạc, rõ ràng, giúp cho người đọc hiểu nhanh hơn về đồ án.
Mặc dù đã có cố gắng, nhưng do thời gian và khả năng hạn chế nên đồ án
không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự giúp đỡ, đóng
góp ý kiến của thầy cô và các bạn để em có thể hòan thiện đồ án này.

CHƯƠNG II : LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
4


2.1.Tổng quan về hệ thống thông tin di động GSM
2.1.1. Đặc điểm của công nghệ GSM
Công nghệ GSM có một số đặc điểm cơ bản như sau:
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 9600 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 thời 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 mã hoá âm thanh để nén tín hiệu âm thanh 3,1khz
đó là mã hoá 6 và 13kbps gọi là Full rate (13kbps) và haft rate (6kbps).
2.1.2.Cấu trúc của mạng GSM
Hình 2.1 : cấu

trúc của

mạng GSM
Hệ

thống

GSM

được

chia

thành

nhiều

hệ

thống con như
Phân

sau:

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).

5


2.2.Tổng quan về tin nhắn SMS
2.2.1.Cấu trúc một tin nhắn SMS
Nội dung của 1 tin nhắn SMS khi được gửi đi chia làm 5 phần như sau:
Instructions

Instructions Instructions

to airinterface to SMSC

to handset

Instructions to

Message

SIM(optional)

Body

Hình 2.2 : Cấu trúc của 1 tin nhắn SMS
Cấu trúc của 1 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.
2.2.2.Ưu điểm của tin nhắn 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…

6


2.3.Tổng quan về Module Sim900
2.3.1.Giới thiệu về Module Sim900

Hình 2.3 : Module sim900
Module SIM900 có thể hoạt động với các tần số sau GSM 850MHz, 900
MHz, DCS 1800MHz và PCS 1900MHz và cũng hỗ trợ kỹ thuật GPS định vị vị
trí bằng vệ tinh.

Sim900 được sử dụng trong đồ án này để làm module sim900, có kết nối với
sim điện thoại di động làm GSM modem. Module sim900 sẽ kết nối với các thiết
bị khác, phục vụ cho việc đóng ngắt thiết bị điện.
2.3.2.Đặc điểm của Module Sim900
Một số chức năng quan trọng của Module sim900 được trình bày trong bảng sau:
Tính năng

Thực hiện

Nguồn cung cấp

Nguồn một chiều từ 3.4V - 4.5V

Tiết kiệm điện

Ở chế độ ngủ tiêu thụ điện năng 1.5mA

Dải tần số

SIM900 Với 4 băng tần: 850 GSM, 900 EGSM,
1800, DCS, 1900 PCS. Module SIM900 có thể tìm
kiếm các băng tần. Các băng tần cũng có thể được
thiết lập bằng lệnh AT.
Dễ tương thích với GSM Phase 2/2+
7


GSM Class
Truyền tải điện năng

Small MS
Class 4 (2W) cho EGSM900
Class 1 (1W) cho DCS1800 và PCS 1900
GPRS multi-slot class 10 (mặc định)

Kết nối GPRS

GPRS multi-slot class 8 (tùy chọn)
GPRS trạm di động Class B
Hoạt động bình thường: -30°C đến 80°C.
Hoạt động hạn chế: -40°C đến -30°C và 80°C

Nhiệt độ

đến 85°C.
Nhiệt độ bảo quản -45°C đến 90°C.
GPRS chuyển dữ liệu hướng xuống: tối đa 85,6 kbps
GPRS chuyển dữ liệu hướng lên: tối đa 42,8 kbps
Mã chương trình: CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4
SIM9000 hỗ trợ các giao thức PAP (Password
Authentication Protocol) thường được sử dụng cho

DỮ LIỆU GPRS

các kết nối PPP.
SIM900 tích hợp giao thức TCP / IP.
Hỗ trợ chuyển mạch gói Broadcast Channel Control
(PBCCH)
CSD truyền tỷ lệ: 2.4, 4.8, 9.6, 14.4 kbps
Không có cấu trúc bổ sung các dịch vụ dữ liệu

(USSD) hỗ trợ

SMS

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

SIM giao diện

Hỗ trợ thẻ SIM: 1.8V, 3V

Ăng-ten bên ngoài

Thu sóng tốt

8


Serial Port:
8 đường trên giao tiếp Serial Port.
Serial Port có thể được sử dụng cho CSD FAX, dịch
vụ GPRS và gửi lệnh AT để điều khiển module.
Giao tiếp Serial và Serial Port có chức năng ghép kênh
giao tiếp Debug

Autobauding tốc độ baud từ 1200 bps đến 115200bps.
Debug Port:
Hai đường trên giao tiếp Serial Port là TXD và RXD
Debug Port chỉ được sử dụng để gỡ rối hoặc nâng
cấp firmware

Hỗ trợ danh bạ điện thoại các loại: SM, FD, LD, RC,

Quản lý danh bạ

ON, MC.

Bộ công cụ ứng dụng
SIM
Chức năng hẹn giờ
Đặc điểm vật lý

Hỗ trợ SAT lớp 3, GSM Release 99 11,14
Lập trình thông qua lệnh AT
Kích thước: 24mm x 24mm x 3mm
Khối lượng: 13.8g

Bảng 2.1 : các tính năng của Module Sim900

9


2.3.3.Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân

Hình 2.4 : Sơ đồ chân Module sim900
Bảng mô tả chức năng các chân Module sim900 :
Chân

Tên

I/O

Chức năng
Nguồn cung PWRKEY được dùng để bật
hay tắt nguồn hệ thống. Người sử dụng

1

PWRKEY

I

điều khiển PWRKEY ở mức điện áp thấp
trong một thời gian ngắn bởi vì hệ
thống cần có một khoảng thời gian ngắn
để kích sim900 hoạt động cấp VCC.
Khi kết nối PWRKEY và PWRKEY_OUT

2

PWRKEY_OUT

O

người sử dụng kích hoạt nó trong một thời
gian ngắn sau đó thoát ra thì cũng có thể

3
4
5
6

DTR
RI
VBAT
DSR

I
O
O
O

khởi động hoặc tắt các module.
Dữ liệu thiết bị đầu cuối sẵn sàng
Chỉ thị chuông
Phát hiện dữ liệu mang theo
Dữ liệu cài đặt sẵn sàng
10


7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

18
19
20
21
22
23
24
25

CTS
RTS
TXD
RXD
DISP_CLK
DISP_DATA
DISP_D/C
DISP_CS
VDD_EXT
NRESET
GND
GND
MIC_P
MIC_N
SPK_P
SPK_N
LINEIN_R
LINEIN_L
ADC

O

I
O
I
O

Xóa để gửi
Yêu cầu để gửi
Truyền dữ liệu
Nhận dữ liệu

I/O
O
O
I

Nguồn ra 2.8V
Reset lại sim900.

I

Xác định và không xác định tần số

O

âm thanh đầu vào
Xác định và không xác định tần số

I

âm thanh đầu ra

Tuyến vào

I

Chuyển đổi tương tự sang số.
Nguồn vào từ 0-3V
Ngõ vào cho RTC: khi không có nguồn

26

VRTC

I/O

cung cấp cho hệ thống.
Ngõ vào nguồn dữ trữ: khi nguồn chính đã

27
28
29
30
31
32
33
34

DBG_TXD
DBG_RXD
GND
SIM_VDD

SIM_DATA
SIM_CLK
SIM_RTS
SIM_PRESENC

35
36
37

E
PWM1
PWM2
SDA

38

SCL

39

O
I
O
I/O
O
O
I

có và nguồn dữ trữ ở mức thấp
Gỡ lỗi và nâng cấp firmware

Nối đất
Cấp nguồn cho simcard
Dữ liệu đầu ra của sim
Sim clock
Reset lại sim
Phát hiện simcard

O

Đầu ra PWM

I

Đường truyền dữ liệu I2C
Đường truyền I2C

I/O

nối đất
11


GND
40
41
42
43
44
45
46

47
48
49
50
51

GPIO1/KBR4

O

Khối bàn phím

GPIO6/KBC4

O

Giao diện bàn phím
Trạng thái mạng. Chân này được nối với

52

53
54

GPS_TIMBMA

O

một LED, khi bắt được tần số mạng của

RK

sim lắp vào, LED này sẽ luôn luôn nhấp

GND

nháy.
Nối đất
3 chân VBAT được dành riêng để kết nối

55

điện áp cung cấp cho sim900 hoạt động.
Nguồn điện áp của sim900 hoạt động là
VBAT = 3.4V ... 4.5V. Nó phải có khả
năng cung cấp đủ dòng điện trong tăng

56

mạch khi sim900 bắt đầu hoạt động.
VBAT

I

Dòng điện cung cấp I thường tăng lên đến
2A.
Hiệu điện thế chuẩn: Vchuẩn

57
58

59
60
61
62
63
64
65

= 4.0V Hiệu điện thế lớn nhất:
RF_ANT

GND

O

Vmax = 4.5V
ĂngHiệu
ten thu
sóng
điện
thế nhỏ nhất: Vmin = 3.4V

Nối đất
12


Bảng 2.2 : Chức năng các chân của Module sim900
2.3.4.Khảo sát tập lệnh AT của Module sim900
Các lệnh AT viết tắt là Attention các hướng dẫn được sử dụng để điều khiển
một modem. Bắt đầu mỗi dòng lệnh là “AT” hay “at”. Vì vậy mà các lệnh trong

modem được gọi là lệnh AT.
Từ các lệnh “AT” này, người lập trình có thể làm một số bước sau:
Ban đầu đọc tin nhắn, viết tin nhắn và xóa tin nhắn.
Thực hiện gửi tin nhắn SMS.
Kiểm tra toàn bộ chiều dài nội dung tin nhắn
Số lần gửi tin nhắn có thể thực hiện được trên một phút tương đối thấp, vào
khoảng 6-10 tin nhắn trên 1 phút.
Trong khuôn khổ của đồ án này em chỉ tìm hiểu 1 số tập lệnh cơ bản phục vụ
cho việc làm đồ án của mình. Sau đây em xin giới thiệu 1 số tập lệnh cơ bản để cài
đặt dùng cho dịch vụ SMS, bao gồm:
 Bước đầu tiên là công việc khởi tạo.
 Bước thứ hai là nhận và xử lý tin nhắn.
 Bước làm cuối cùng là gửi tin nhắn đi.
2.3.4.1.Các thuật ngữ
<CR>: Carriage return (được dịch từ mã ASCII là $0D).
<LF>: Line Feed (được dịch từ mã ASCII là 0x0A)
MT : Mobile Terminal – Thiết bị đầu cuối (ở đây là Module sim900).
TE : Terminal Equipment – Thiết bị đầu cuối (ở đây là máy tính giao tiếp được
dùng để giao tiếp với Module sim).
2.3.4.2.Cú pháp lệnh AT
Lệnh khởi đầu : luôn là “AT” hoặc “at”
Lệnh kết thúc là : ký tự <CR> (trong đồ án cần chuyển sang mã ASCII là $0D).
Thông thường sau mỗi lệnh AT là một đáp ứng, cấu trúc của đáp ứng này là :
“<CR><LF><Response><CR><LF>”
Cú pháp chính của lệnh AT có thể được phân chia thành 3 loại : cú pháp có
cấu trúc cơ bản, cú pháp có cấu trúc tham số S, cú pháp có cấu trúc mở rộng.
13


Với các cú pháp nêu trên thì các lệnh có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác

nhau. Các chế độ này được thống kê ở bảng bên dưới như sau :
Một số chế độ của lệnh AT :
<Lệnh kiểm tra> AT+<x>=?

Thống kê lại các tham số trong câu lệnh

<Lệnh đọc>

và các giá trị có thể thiết lập cho tham số.
Đọc nội dung tin nhắn được gửi đến,

AT+<x>?

<Lệnh thiết lập> AT+<x>=<…>

kiểm tra giá trị tin nhắn về mặt dữ liệu.
Được sử dụng để thiết lập các giá trị cho

<Lệnh thực thi> AT+<x>

tham số.
Thực thi nội dung tin nhắn được tiến

hành bên trong của Module sim
Bảng 2.3 : Các chế độ lệnh AT
2.1.6.3.Các lệnh AT được sử dụng trong đồ án
a. Lệnh ATZ
Lệnh ATZ dùng thiết lập lại (reset) tất cả các tham số hiện tại theo mẫu được
người dùng định nghĩa. Lệnh trả về của modem là lệnh OK. Mẫu người dùng định
nghĩa trước đó được lưu trên bộ nhớ cố định. Nếu không thiết lập lại được theo

mẫu của người dùng định nghĩa thì nó sẽ reset lại theo đúng các tham số mặc định
của nhà sản xuất. Bất cứ lệnh AT cộng thêm nào trên cùng một dòng với lệnh
ATZ đều không được thực hiện.
b. Lệnh AT+CMGR : đọc nội dung tin nhắn
Lệnh AT+CMGR được dùng để đọc tin nhắn trên một ngăn nào đó trên sim điện
thoại. Cấu trúc lệnh như sau: AT+CMGR=i, với i là ngăn bộ nhớ chứa tin nhắn
trong sim. Đáp ứng trở về là lệnh OK nếu ngăn i có chứa tin nhắn. Nếu ngăn i
không chứa tin nhắn thì sẽ xuất hiện thông báo lỗi trả về ERROR. Ví dụ khi gõ
lệnh AT+CMGR=1 thì sim900 sẽ đọc tin nhắn tại ngăn số 1 của bộ nhớ sim điện
thoại gắn ngoài.
c. Lệnh AT+CMGS : gửi tin nhắn SMS
Lệnh AT+CMGS dùng để gửi tin nhắn SMS tới một số điện thoại cho trước.
Cú pháp gửi tin như sau:
AT+CMGS= “số điện thoại cần gửi”<CR>
14