ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TỬ HỆ THỐNG CẢNH BÁO TRỘM

Đồ án chuyên ngành điện tử
LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi xin cam đoan nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của
bất cứ đồ án nào đã có từ trước. Nếu vi phạm chúng tôi xin chịu mọi hình thức kỷ
luật của Khoa.
Sinh viên thực hiện
Phạm Xuân Trường
Lê Hữu Vũ

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
--
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
Đà Nẵng, ngày tháng năm 2014
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký tên)

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang

Đồ án chuyên ngành điện tử

MỤC LỤC

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang


Đồ án chuyên ngành điện tử

Chương 1 : LỜI MỞ ĐẦU
1.1

Giới thiệu chương
Hệ thống báo trộm qua mạng GSM được hình thành xuất phát từ nhu cầu thực tế

giúp người dùng quản lý ngôi nhà dù họ đang ở bất cứ nơi đâu vào bất kì thời điểm
nào. Để thiết kế và thi công thành công hệ thống cần phải trải qua nhiểu giai đoạn từ
việc hình thành ý tưởng, tìm hiểu lý thuyết liên quan đến việc lựa chọn linh kiện, tiến
hành thiết kế, thi công, kiểm tra mạch. Phần đầu của chương này sẽ trình bày ý tưởng
hình thành nên đề tài. Những ý tưởng này sẽ làm nền tảng để thiết lập mục tiêu mà đề
tài cần đạt được. Tiếp theo đó, nội dung chương sẽ lần lượt đề cập đến phạm vi của đề
tài và phương pháp nghiên cứu. Cuối cùng là phần kết luận chương.

1.2

Đặt vấn đề
Trường hợp đặt ra là những khi chủ nhà đi vắng và không có ai trông coi căn nhà

nếu trường hợp có trộm đột nhập vào căn nhà thì chủ nhà không thể biết được. Vì thế
nhu cầu cần phải có một thiết bị có thể thông báo cho chủ nhà khi có trộm đột nhập.
Giải pháp này giúp người dùng quản lý ngôi nhà của mình dễ dàng hơn dù họ đang ở
bất cứ nơi đâu nhằm phòng ngừa trường hợp ngôi nhà bị xâm nhập bất hợp pháp.
Đây là cơ sở để hình thành nên ý tưởng ban đầu của hệ thống giám sát và điều
khiển thiết bị qua mạng GSM.
Cùng với đó, sự phát triển không ngừng của hệ thống viễn thông Việt Nam
trong suốt hơn 20 năm để nỗ lực mang đến cho người dùng các dịch vụ viễn thông tốt
nhất với chi phí thấp, số lượng các thuê bao điện thoại tăng lên nhanh chóng. Chiếc
điện thoại trở thành vật dụng không thể thiếu trong đời sống hằng ngày của nhiều
người. Nhờ hệ thống mạng viễn thông được phủ sóng toàn quốc, người dùng điện
thoại có thể liên lạc được với nhau dù họ ở bất cứ nơi đâu. Từ thuận lợi nêu trên đã nảy
sinh ý tưởng kết hợp chức năng ngay trên chiếc điện thoại di động.

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang


Đồ án chuyên ngành điện tử
Hệ thống giám sát qua mạng GSM khi hoàn thành sẽ giúp đưa ra các cảnh báo
bằng tin nhắn đến số điện thoại người dùng khi có trộm đột nhập vào căn nhà

1.3

Mục tiêu đề tài
Từ ý tưởng ban đầu, dựa vào những kiến thức đã được học, nhóm bắt đầu tiến

hành tìm hiểu những lý thuyết liên quan và sau đó bắt tay vào thiết kế và thi công mạch
thực tế. Mục tiêu của đề tài là xây dựng một hệ thống hoàn chỉnh thực hiện chức năng

báo trộm như phần trình bày ở trên, hệ thống hoạt động ổn định, dể sử dụng, có thể
được triển khai rộng rãi, kể cả vùng núi chỉ cần nơi có phủ sóng di động.
- Tính ổn định: Đây là một yêu cầu bắt buộc, trong điều kiện nhiệt độ từ 10 0C ÷
800C, độ ẩm môi trường trong giới hạn cho phép, hệ thống khi hoàn thành phải
hoạt động đúng 100% các chức năng đã đặt ra. Độ ổn định trên 95%.
- Dễ sử dụng: hỗ trợ người dùng thay đổi số điện thoại một cách dễ dàng nhưng
phải bảo mật bằng mật khẩu

1.4

Phương pháp luận
Quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp của nhóm trải qua nhiều giai đoạn khác

nhau, ứng với mỗi giai đoạn cần đưa ra một phương pháp nghiên cứu phù hợp để công
việc được giải quyết nhanh và hiệu quả.
+ Trong giai đoạn đầu của đồ án, nhóm tìm hiểu những vấn đề hiện nay, đưa ra
những ý tưởng ban đầu, đánh giá mức độ khả quan của đề tài, từ đó lựa chọn nên đề tài
phù hợp cho đồ án chuyên ngành.
+ Trong giai đoạn tiếp theo, nhóm tiến hành tìm hiểu những nội dung lý thuyết
liên quan. Việc tìm hiểu các đề tài liên quan đến nội dung đồ án là khá quan trọng vì nó
giúp chúng tôi bước đầu xây dựng được mô hình tổng quát và lựa chọn được giải pháp
thiết kế phù hợp với đề tài, qua tìm hiểu, chúng tôi cũng nhận ra được những những
mặt còn hạn chế của những đề tài trước đó, từ đó có những hướng phát triển mới mẻ
hơn.
+ Sau khi xây dựng thành công sơ đồ khối tổng quát, nhóm lần lượt đi vào thiết
kế từng khối trong sơ đồ.

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang

Đồ án chuyên ngành điện tử
+ Để đánh giá hoạt động của hệ thống, nhóm đưa ra các tình huống mà hệ thống
sẽ gặp phải trong quá trình vận hành và tiến hành kiểm tra. Từ kết quả thực nghiệm
nhận được, chúng tôi tiến hành hiệu chỉnh lại hệ thống , sau đó tiến hành lại các bước
thử nghiệm như ban đầu. Quá trình tiếp tục cho đến khi hệ thống vận hành theo đúng
yêu cầu đã đặt ra.

1.5

Kết luận chương
Từ ý tưởng thiết kế ban đầu đến khi hoàn thành mạch thực tế là một quá trình

dài bao gồm nhiều giai đoạn khác nhau, trong mỗi giai đoạn sẽ yêu cầu những phương
pháp nghiên cứu riêng. Nội dung chương này mang tính định hướng, làm nền tảng để
các chương sau đi sâu vào nghiên cứu các vấn đề cụ thể liên quan đến đề tài.
Nguồn tham khảo :

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang


Đồ án chuyên ngành điện tử

Chương 2 : LÝ THUYẾT TỔNG QUAN
1

Giới thiệu chương

Từ mô hình tổng quan xây dựng được, nhóm lần lượt tìm hiểu những nội dung lý
thuyết liên quan.

• Tìm hiểu mạng GSM. Hệ thống hoạt động theo phương thức gửi dữ liệu
•

dưới dạng tin nhắn, đây là một dịch vụ được cung cấp bởi GSM.
Tìm hiểu về tin nhắn SMS bao gồm cấu trúc SMS, đặc điểm của SMS.

Khi muốn gửi tin nhắn từ module GSM đến điện thoại cần sử dụng lệnh trong
tập lệnh AT. Vì vậy, việc tìm hiểu tập lệnh AT là cần thiết cho quá trình lập trình cho
vi điều khiển.

2.1

Tổng quan về GSM

1

Giới thiệu về 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) có cấu trúc
mạng tế bào, cung cấp dịch vụ truyền giọng nói và chuyển giao dữ liệu chất lượng cao
với các băng tần khác nhau: 400Mhz, 900Mhz, 1800Mhz và 1900Mhz, được tiêu
chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) quy định.
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 rẻ tiền hơn đó là tin
nhắn SMS.

2

Đặc điểm công nghệ GSM
- Cho phép gởi và nhận những 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.

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang


Đồ án chuyên ngành điện tử
- 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.

1.1

Tổng quan về SMS

2.1.1 Giới thiệu về SMS
SMS là từ viết tắt của Short Message Service. Đó là một công nghệ cho phép gửi và
nhận các tin nhắn giữa các điện thoại với nhau. Một SMS có thể chứa tối đa là 140 byte
(1120 bit) dữ liệu. Vì vậy, một SMS có thể chứa:
+ 160 ký tự nếu mã hóa ký tự 7 bit được sử dụng (phù hợp với mã hóa các ký tự
latinh như alphatet của tiếng Anh).
+ 70 ký tự nếu như mã hóa ký tự 16 bit Unicode UCS2 được sử dụng (dùng cho
các ký tự không phải mã latinh như chữ Trung Quốc…

2.1.2 Đặc điểm của SMS
- Tin nhắn có thể được gửi và đọc tại bất kỳ thời điểm nào.
- Tin nhắn SMS có thể được gửi tới các điện thoại dù chúng đang bị tắt nguồn.
- Ít gây phiền phức trong khi bạn vẫn có thể giữ liên lạc với người khác.
- Được sử dụng trên các điện thoại di động khác nhau và có thể gửi cùng mạng hoặc
khác mạng đều được.

2.2

Tập lệnh AT

2.2.1 Các thuật ngữ
<CR> : Carriage return (Mã ASCII 0x0D)
<LF> : Line Feed (Mã ASCII 0x0A)
2.2.2

Cú pháp lệnh AT

-1 lệnh AT luôn bắt đầu với từ khóa AT(ATtention) và kết thúc với từ khóa CR.
+ Nếu cấu trúc của lệnh không đúng, một chuỗi kí tự báo lỗi sẽ được trả về.
+ Nếu cú pháp lệnh đúng nhưng có một vài tham số không chính xác, thì đáp
ứng nhận được sẽ có dạng: +CME ERROR: <Error> hoặc +CMS
ERROR:<smsError>.
+ Nếu dòng lệnh thực hiện thành công, đáp ứng nhận được là Ok.

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang

Đồ án chuyên ngành điện tử
2.3

Kết luận chương

Việc tìm hiểu những nội dung lý thuyết liên quan ngay từ những bước đầu của quá
trình thực hiện đồ án đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tôi trong việc triển khai các
giai đoạn tiếp theo. Những kiến thức đã tìm hiểu được trong chương là cơ sở để chúng
tôi tính toán lựa chọn các linh kiện phù hợp và xây dựng lưu đồ thuật toán cho chương
trình.
Nguồn tham khảo:

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang


Đồ án chuyên ngành điện tử

Chương 3 :GIỚI THIỆU LINH KIỆN SỬ DỤNG
3.1

Giới thiệu chương
Bên cạnh những nội dung lý thuyết liên quan đã tìm hiểu ở chương 2, để thực

hiện bước tiếp theo là tính toán và thiết kế mạch cần tìm hiểu về các linh kiện được sử
dụng. Nội dung tìm hiểu của chương bao gồm các linh kiện là:
+ Module Sim908
+ PIC 16F887
+ Cảm biến: PIR

+ Relay 5v
Nội dung tìm hiểu được của chương này chủ yếu dựa vào datasheet được cung
cấp bởi nhà sản xuất.

3.2

Module sim 908

3.2.1 Giới thiệu
Module sim 908 là module GSM/GPRS 4 băng tần hoàn thiện kết hợp với công
nghệ GPS để định vị qua vệ tinh. Với thiết kế mới trong một linh kiện dán sẽ tiết kiệm
thời gian, không gian và chi phí cho các ứng dụng GPS.
Thêm tính năng giao diện công nghiệp và chức năng GPS, đảm bảo tính liên tục
kiểm tra tại bất kỳ địa điểm và bất cứ lúc nào với tín hiệu bao phủ.
Với công nghệ và thiết kế thông minh. Module Sim 908 ra đời khắc phục và tiện
lợi cho môi trường công nghiệp với các chức năng nổi trội hơn như: thiết kế nhỏ gọn,
kiểu chân dán, hoạt động ở nhiệt độ rộng -40 °C đến +85 °C, tiết kiệm công suất và
tầm nguồn vào rộng… Module Sim 908 ra đời là sản phẩm công nghệ cho ngày hôm
nay thêm hiệu quả với tiêu chí: Thiết bị thông minh với lựa chọn thông minh.

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang


Đồ án chuyên ngành điện tử

Hình 3. 1: Module sim 908
3.2.2 Thông số kỹ thuật
•

•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Quad-Band 850/900/18001900MHz.
GPRS multi-slot class 10.
Tương thích với GSM pha 2/2.
Điều khiển thông qua lệnh AT COMMAND.
Ứng dụng bộ công cụ SIM.
Cung cấp phạm vi điện áp:
GPRS: 3,2 ~ 4,8 V
GPS: 3,0 ~ 4.5V
Tiêu thụ điện năng thấp.
Kích thước: 46mm x 46mm.
Nhiệt độ hoạt động: -40 ° C đến +85 ° C.
Thông số kỹ thuật cho tin nhắn SMS thông qua GSM / GPRS.
Định dạng văn bản chế độ text và PDU.

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang 10

Đồ án chuyên ngành điện tử
3.2.3 Sơ đồ chân kết nối

Hình 3.2: Sơ đồ chân Module sim 908
Breakout SIM908 có một connector 20 chân được chia làm 2 hàng (connector 2x10,
2.54mm).
•
Nguồn cung cấp VCC: chân 17, 19.
•
Chân điều khiển ON/OFF: chân 1.
•
Chân giao tiếp port nối tiếp của GSM (TXD : chân 12, RXD: chân 14).
•
Chân GND :chân 18, 20.
•
Chân giao tiếp port nối tiếp của GPS (GPS TXD: chân 4, GPS RXD: chân 6).
Để khởi động SIM908 ta cần cung cấp một xung mức cao vào chân 1 của connector
trên mạch, thì SIM908 sẽ được cấp nguồn và hoạt động.

• SIM908 có 2 port dữ liệu nối tiếp: 1 cho module GSM, 1 cho module GPS.
• Port nối tiếp sử dụng cho module GSM kết nối đến chân 12, 14. Port nối tiếp sử
dụng cho module GPS gồm GPS TXD và GPS RXD kết nối đến chân 4 và 5 trên

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang 11

Đồ án chuyên ngành điện tử
connector. Trên thực tế port nối tiếp của GSM cho phép quản lý toàn bộ module
SIM908, vì vậy nó có thể cấu hình và giao tiếp nhận dữ liệu GPS và gửi đến vi điều
khiển.

3.3

Vi điều khiển PIC 16F887
PIC16F887 là nhóm PIC trong họ PIC16XX của họ vi điều khiển 8-bit, tiêu hao

năng lượng thấp, đáp ứng nhanh, chế tạo theo công nghệ CMOS, chống tĩnh điện tuyệt
đối.
Tất cả các PIC16/17 đều có cấu trúc RISC. PIC16/17 có các đặc tính nổi bật: 8
mức ngăn xếp Stack, nhiều nguồn ngắt tích hợp bên trong lẫn ngoài. Có cấu trúc
Havard với các bus dữ liệu và bus thực thi chương trình riêng biệt nhau cho phép độ
dài 1 lệnh là 14-bit và bus dữ liệu 8-bit cách biệt nhau. Tất cả các lệnh đều mất 1 chu
kỳ lệnh ngoại trừ các lệnh rẽ nhánh chương trình mất 2 chu kỳ lệnh. Chỉ có 35 lệnh và
1 lượng lớn các thanh ghi cho phép đáp ứng cao trong ứng dụng.
Bảng Tóm tắt đặc điểm của PIC16F887
Tần số hoạt động

DC-12MHz

Reset và Delay

POR, BOR (PWRT, OST)

Bộ nhớ chương trình Flash (14-bit 8K
word)
8K

Bộ nhớ dữ liệu SRAM (byte)

368

Bộ nhớ dữ liệu EEPROM (byte)

256

Các ngắt

15

Các Port xuất/nhập

Port A, B, C, D, E

Timer

3

Module Capture/Compare/PWM

2

Giao tiếp nối tiếp

MSSP, USART

Giao tiếp song song

PSP

Module A/D 10-bit

8 kênh ngõ vào

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang 12


Đồ án chuyên ngành điện tử
Bộ so sánh tương tự

2

Tập lệnh

35 lệnh

Hình 3.3: Sơ đồ chân PIC16F887 loại 40 chân
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 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 bên ngoài.
Vi điều khiển PIC16F887 có 5 cổng xuất nhập, bao gồm PORTA, PORTB,
PORTC, PORTD và PORTE.
3.3.1 Giao tiếp nối tiếp
EUSART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) là một trong

hai chuẩn giao tiếp nối tiếp.EUSART còn được gọi là giao diện giao tiếp nối tiếp
SCI(Serial Communication Interface). Các dạng của giao diện USART ngoại vi bao
gồm:

• Bất động bộ (Asynchronous).
• Đồng bộ Master mode.
• Đồng bộ Slave mode.

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang 13


Đồ án chuyên ngành điện tử
Hai chân dùng cho giao diện này là RC6/TX/CK và RC7/RX/DT trong đó RC6/TX/CK
dùng để truyền xung clock (baud rate) và RC7/RX/DT dùng để truyền dữ liệu. Để cho
phép thực hiện giao diện USART các TRISC<7:6> và SPEN (RCSTA<7>) phải được
set.

 USART bất đồng bộ
Ở chế độ truyền này USART hoạt động theo chuẩn NRZ (None-Return-to-Zero), nghĩa
là các bit truyền đi sẽ bao gồm 1 bit Start, 8 hay 9 bit dữ liệu (thông thường là 8 bit) và
1 bit Stop. Bit LSB sẽ được truyền đi trước.
Ngoài các cổng nối tiếp và các giao điện nối tiếp được trình bày ở phần trên, vi
điều khiển pic16F887 còn được hỗ trợ một cổng giao tiếp song song và chuẩn giao tiếp
song song thông qua portd và porte. Do cổng song song chỉ hoạt động ở chế độ slave
mode nên vi điều khiển khi giao tiếp qua giao diện này sẽ chịu sự điều khiển của thiết
bị bên ngoài thông qua các pin của porte, trong khi dữ liệu sẽ được đọc hoặc ghi theo
dạng bất đồng bộ thông qua 8 pin của port D.
3.3.2 Ngắt

PIC16F887 có đến 15 nguồn tạo ra hoạt động ngắt được điều khiển bởi thanh ghi
INTCON (bit GIE).
Bên cạnh đó mỗi ngắt còn có một bit điều khiển và cờ ngắt riêng. Các cờ ngắt
vẫn được set bình thường khi thỏa mãn điều kiện ngắt xảy ra bất chấp trạng thái của bit
GIE, tuy nhiên hoạt động ngắt vẫn phụ thuôc vào bit GIE và các bit điều khiển khác.
Bit điều khiển ngắt RB0/INT và TMR0 nằm trong thanh ghi INTCON, thanh ghi này
còn chứa bit cho phép các ngắt ngoại vi PEIE. Bit điều khiển các ngắt nằm trong thanh
ghi PIE1 và PIE2. Cờ ngắt của các ngắt nằm trong thanh ghi PIR1 và PIR2.
Trong một thời điểm chỉ có một chương trình ngắt được thực thi, chương trình
ngắt được kết thúc bằng lệnh RETFIE. Khi chương trình ngắt được thực thi, bit GIE tự
động được xóa, địa chỉ lệnh tiếp theo của chương trình chính được cất vào trong bộ
nhớ Stack và bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h. Lệnh RETFIE được dùng
để thoát khỏi chương trình ngắt và quay trở về chương trình chính, đồng thời bit GIE

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang 14


Đồ án chuyên ngành điện tử
cũng sẽ được set để cho phép các ngắt hoạt động trở lại. Các cờ hiệu được dùng để
kiểm tra ngắt nào đang xảy ra và phải được xóa bằng chương trình trước khi cho phép
ngắt tiếp tục hoạt động trở lại để ta có thể phát hiện được thời điểm tiếp theo mà ngắt
xảy ra.

3.4

Cảm biến PIR
Nó là chữ viết tắt của Passive InfraRed sensor, tức là bộ cảm biến thụ động

dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại (IR) chính là các tia nhiệt phát
ra từ các vật thể nóng. Trong các cơ thể sống, trong chúng ta luôn có thân nhiệt, và từ
cơ thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt, hay còn gọi là các tia hồng ngoại, người ta
sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và nhờ đó mà có
thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển động.
3.4.1 Thông số kỹ thuật
- Điện áp : DC 4.5V đến 20V.
- Điện năng tiêu thụ: 50 uA.
- Cấp độ đầu ra: mức cao 3.3V, thấp 0V.
- Phạm vi : nhỏ hơn 100 độ góc hình nón, 7 mét.
- Nhiệt độ hoạt động: -15 ~ +70 độ.
- Kích thước: 32 * 24mm.
- Lăng kính cảm biến kích thước: D : 23mm.
3.4.2 Nguyên lý làm việc của loại đầu dò PIR như sau:
Các nguồn nhiệt (với người và con vật là nguồn thân nhiệt) đều phát ra tia hồng ngoại,
qua kính Fresnel, qua kích lọc lấy tia hồng ngoại, nó được cho tiêu tụ trên 2 cảm biến
hồng ngoại gắn trong đầu dò, và tạo ra điện áp được khuếch đại với transistor FET. Khi
có một vật nóng đi ngang qua, từ 2 cảm biến này sẽ cho xuất hiện 2 tín hiệu và tín hiệu
này sẽ được khuếch đại để có biên độ đủ cao và đưa vào mạch so áp để tác động vào
một thiết bị điều khiển hay báo động.

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang 15


Đồ án chuyên ngành điện tử
3.5

Relay

Relay là linh kiện đóng ngắt điện cơ đơn giản. Nó gồm 2 phần chính là nam châm điện
và các tiếp điểm.Relay có cấu tạo hết sức đơn giản, gồm 4 bộ phận sau đây:
-Nam châm điện
+Lõi sắt
+Lò xo
-Các tiếp điểm

Hình 3.5: relay

3.6

Kết luận chương

Việc tìm hiểu các nội dung lý thuyết liên quan trong giai đoạn đầu của quá trình thực
hiện đồ án đã tạo điều kiện thuận lợi để nhóm triển khai các giai đoạn tiếp theo. Lý
thuyết tìm hiểu được là cũng là cơ sở quan trọng để tính toán lựa chọn linh kiện phù
hợp và xây dựng thuật toán cho chương trình.

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang 16


Đồ án chuyên ngành điện tử

Chương 4 : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
4.1

Giới thiệu chương

Dựa vào những nội dung lý thuyết đã tìm hiểu được ở ba chương đầu, trong chương
này sẽ trình bày phần tính toán thiết kế và thi công mạch. Hệ thống sẽ được phân thành
những module nhỏ hơn để thuận tiện cho quá trình thiết kế và kiểm tra. Các khối được
trình bày trong chương bao gồm:
+ Khối module SIM908
+ Khối điều khiển trung tâm PIC 16F887
+ Khối công suất
Trong mỗi khối sẽ trình bày về sơ đồ mạch, nguyên lý hoạt động, tính toán, thi công và
kiểm tra.
Chương trình nạp cho vi điều khiển được viết bằng ngôn ngữ CCS. Lưu đồ thuật toán
của chương trình chính và các chương trình con sẽ được trình bày trong phần tiếp theo
của chương.

4.2

Sơ đồ khối tổng quát
Module sim
908

Khối nguồn

Vi điều khiển
Pic16F887

Khối relay

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Cảm biến

hồng ngoại

Chuông va
đèn báo

Trang 17


Đồ án chuyên ngành điện tử
4.2.1 Chức năng từng khối
- Module Sim908: thực hiện chức năng gửi tin nhắn đi giống như một điện
thoại.
- Khối xử lý trung tâm: Nhận dữ liệu từ các khối cảm biến hồng ngoại. Gửi lệnh
đến module Sim trong trường hợp có người lạ đột nhập. Kiểm tra mật khẩu nhập từ bàn
phím và điều khiển relay để báo còi và bật đèn.
- Khối cảm biến hồng ngoại: cung cấp dữ liệu ngõ vào cho khối xử lý trung tâm
nhằm thực hiện chức năng giám sát của hệ thống.
- Khối công suất: nhận tín hiệu từ ngõ ra của khối xử lý trung tâm để kích hoạt
cho các relay bật/tắt thiết bị báo trộm.
- Khối nguồn cung cấp: cung cấp nguồn cho hệ thống hoạt động.
4.2.2 Nguyên lí hoạt động
Trong những trường hợp có người lạ đột nhập vào nhà, thân nhiệt của người sẽ
bức xạ ra tia hồng ngoại và cảm biến hồng ngoại sẽ nhận được tia bức xạ đó khi người
đi vào vùng quét của cảm biến hồng ngoại. Khi đó hệ thống sẽ gửi tin nhắn cảnh báo
đến số điện thoại người dùng đồng thời hú chuông báo động và bật đèn.
Hệ thống cũng hỗ trợ việc thay đổi số điện thoại trong trường hợp người dùng
muốn thay đổi số thuê bao nhận tin nhắn một cách dễ dàng và bảo mật.

4.3

Khối xử lí trung tâm

4.3.1 Sơ đồ nguyên lí

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang 18


Đồ án chuyên ngành điện tử
J8
1

J5
8
7
6
5
4
3
2
1

SW 1

R1
10k

2
1

D2

D3

D IO D E

D IO D E

CON8

CON2

2
3
4
5
6
7
8
9
10
15
16
17
18
23
24
25
26

13
14

12m hz

12
31

PVN1
M C L R * /V P P
R
R
R
R
R
R
R
R
R

A
A
A
A
A
A
E
E
E

0 /A N 0
1 /A N 1
2 /A N 2 /V R E F -/C V R E F
3 /A N 3 /V R E F +
4 /T 0 C K I/C 1 O U T
5 /A N 4 /S S * /C 2 O U T
0 /R D * /A N 5
1 /W R * /A N 6
2 /C S * /A N 7

R
R
R
R
R
R
R
R
O

C
C
C
C
C
C
C
C
S

0 /T 1 O S O /T 1 C K I
1 /T 1 O S I/C C P 2
2 /C C P 1
3 /S C K /S C L
4 /S D I/S D A
5 /S D O
6 /T X/C K
7 /R X/D T
C 1 /C L K IN

R
R
R
R
R
R
R
R

D
D
D
D
D
D
D
D

0 /P
1 /P

2 /P
3 /P
4 /P
5 /P
6 /P
7 /P

S
S
S
S
S
S
S
S

P
P
P
P
P
P
P
P

0
1
2
3
4

5
6
7

19
20
21
22
27
28
29
30

VSS
VSS

1
2
3

0
J7

CON3

1
2
3
4
CON4

R7
R
J9
1
2

O S C 2 /C L K O U T
VDD
VDD

11
32

CON2
Q5
2SC 1815

P IC 1 6 F 8 8 7

C R Y S TAL
C1
33p

R B 0 /IN T
R B1
R B2
R B 3 /P G M
R B4
R B5

R B 6 /P G C
R B 7 /P G D

33
34
35
36
37
38
39
40

R 6
R

C2
33p

3
2
1

0

2
1

0

pir

CON3

N G U O N 5V
C ON2

Hình 4.1: khối vi điều khiển
4.3.2 Chọn linh kiện
Để VĐK Pic 16F887 hoạt động được ta cần cung cấp nguồn 5V cho các chân nguồn
(11 , 32 :VDD ; 12 , 31 :VSS). Nguồn 5V được tạo ra bằng cách sử dụng IC7805. Các
tụ điện trong mạch nguồn được mắc theo đúng datasheet. Việc ổn định nguồn cung cấp
là rất quan trọng để đảm bảo cho VĐK chạy đúng chương trình mà không bị nhiễu
nguồn, dẫn tới việc reset. Ngoài ra, bắt buộc phải có bộ tạo dao động clock cho chip,
bằng cách sử dụng thạch anh 12Mhz và 2 tụ 33pF để ổn định cho mạch dao động. Và
ngoài ra cũng có mạch Reset để reset chip. Điện trở 10 KiloOhm được chọn theo
datasheet của nhà sản xuất, switch sw1 là nút reset. Diode giảm áp từ 5V của vi điều
khiển xuống ngang mức 4V của modulesim, để tránh hư hại cho modulesim. Vì ngõ ra
của cảm biến PIR là 3.3V chưa hoàn toàn là mức cao vì vậy cần sử dụng thêm Q5.

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang 19


Đồ án chuyên ngành điện tử
4.3.3 Thi công và kiểm tra
- Sau khi tính toán thiết kế nhóm bắt đầu tiến hành vẽ layout sau đó lắp ráp thi công
mạch. Sau khi hàn xong ta có mạch như hình vẽ.

Hinh 4.2: Mạch thực tế khối xử lí trung tâm
-Đo kiểm tra: sau khi lắp xong ta dùng đồng hồ chọn thang đo kiểm tra ngắn mạch để

xem các đường mạch có bị chạm nhau hay không. Tiếp tục cấp nguồn cho mạch, đo
kiểm tra VDD tại chân số 11&32, thấy có đủ 5V cấp cho VĐK Pic 16F887. Nhận xét
mạch hoạt động tốt.

4.4

Khối relay

4.4.1 Nguyên lí hoạt động

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang 20


Đồ án chuyên ngành điện tử

2

1

C O N 2
5 V _ C S

L S 1

V D K

D 1
D IO D E

R 3

C O N 2

R

3

4

1
2

2
1
Q 1
2 S C 1 8 1 5

0

5

C H U O N G
1
2

1
2
D O M IN O 2

R E L A Y

1 2 V /5 C H A N

0

Hình 4.3: khối relay
Nguyên lý hoạt động: khi xảy ra ngắt tín hiệu từ vi điều khiển qua R3, BJT Q1 được
kích dẩn. tín hiệu từ cực C của Q1 làm relay đóng, dòng qua relay làm chuông rung
lên. Diode D1 có tác dụng xả dòng tự cảm sinh ra bởi cuộn dây trong relay khi có sự
thay đổi đột ngột về điện áp và để bảo vệ cho BJT Q1 không bị đánh thủng.
4.4.2 Tính toán chọn linh kiện
Chọn BJT 2SC1815. Theo datasheet, RELAY hoạt động với nguồn 5V thì dòng là
75mA. Ta có Ib = = = 1.07 mA. Chọn dòng Ib thực tế bằng 2÷3 lý thuyết 
Ib=1.07*2= 2.14 mA. R3 = = 1.9 K, chọn trở R3 = 1.8 K.
4.4.3 Thi công và kiểm tra
-Các bước thực hiện tương tự như trên,cho đến khi hàn lắp linh kiện xong. Kiểm tra
xem trong quá trình hàn mạch các đường dây có bị chập không.
-Cấp nguồn 5V cho mạch sau đó đưa tín hiệu nguồn 5V thay cho tín hiệu từ vi điều
khiển thấy relay bật. Mạch hoạt động đạt yêu cầu.

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang 21


Đồ án chuyên ngành điện tử

Hình 4.4: Mạch thực tế khối relay

4.5

Khối bàn phím

9

8

1 0

7

6

5

4

3

2

1

8

7

6

5

4

3

2

1

J 1
C O N 8
R E S N W _ B S _ 9 /S IP

3

1

2

J 3
C O N 3
D 1
L E D

S 1 0

S 1 2

S 3

S 4

S 7

S 1

S 5

S 8

1
2
3
4
5

S 1 1

R N 2

R E S N W _ B U _ 4 /S IP

J 4

S 2

S 6

1

2
3
4

S 9

C O N 4

0
R 1

R E S

Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý khối bàn phím

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang 22


Đồ án chuyên ngành điện tử
4.5.1 Nguyên lí hoạt động,tính toán chọn linh kiện
-Để thay đổi số điện thoại người dùng cần phải có đủ các phím từ 0 đến 9, 1 phím
start và 1 phím stop. Vì vậy cần phải có 12 phím, từ các phím được nối đến 12 chân
của vi điều khiển.
-Khi switch chưa được nhấn, tín hiệu mức cao được đưa về chân của vi điều khiển
thông qua các trở thanh. Khi ta nhấn switch, switch kết nối chân vi điều khiển với đất,
như vậy tín hiệu mức thấp được đưa về chân của vi điều khiển. Từ đây lập trình cho vi
điều khiển quét và kiểm tra phím. Chọn loại switch 4 chân.
-Đèn LED D1 dùng báo hiệu nhấn phím thành công và sau khi LED tắt thì được nhấn

phím tiếp theo.
4.5.2 Thi công và kiểm tra
Sau khi thực hiện các bước chọn linh kiện và vẽ mạch ta tiến hành lắp ráp, tiến hành
kiểm tra xem các đường dây có chập nhau hay không. Kiểm tra từng phím nhấn thấy
đúng với thiết kế, mạch hoạt động đúng yêu cầu.

Hình 4.6: Mạch thực tế khối bàn phím

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang 23


Đồ án chuyên ngành điện tử
4.6

Khối nguồn cung cấp
Q2

SW 2
1

2

7805

U4
R 11

POW ER

2

D5

1

IN

OUT

-

+

1
2

4

C6
104

1

2

2
1

J1

3

GND

2 .2 /1 W

A C IN

R 12
330

5V

C9
103

B R ID G E

D1

0
3

15V

PN P BCE

C5

10000u

Q3

PN P BCE

0

0

LED

7805

U5

0

R 13
1

IN

OUT

J2
104
C7

5V

PN P BCE

D2
LED

0
U6

R 15
3
2 .2 / 1 W

1

V IN

1
2

R 14
330

2

C 10
103
Q4

3

GND

2 .2 / 1 W

0
VOU T

ADJ
L M 3 1 7 /C Y L

2

1
2

R 16
150

R 17
240

5V

C8
104

VR4

D3

LED

0

10K

0
0

Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lí khối nguồn
4.6.1 Tính toán chọn linh kiện
+ Tín hiệu xoay chiều 12V AC qua cầu diode D2 chỉnh lưu thành tín hiệu 1 chiều có độ
gợn lớn. Tụ C5 có giá trị 10 000 µF có tác dụng lọc gợn. Tín hiệu sau khi được lọc bởi
tụ C5 sẽ tiếp tục qua IC ổn áp 7805 và LM317 và BJT rẽ dòng.
+ Ngõ ra Vout1 và Vout2 có giá trị xấp xỉ 5V. Các transistor Q2,Q3,Q4 là các
transistor công suất kiểu PNP, có tác dụng rẽ dòng khi dòng cấp cho các tải phía sau
lớn, nhờ đó dòng qua các IC ổn áp không vượt quá khả năng cung cấp của nó.
+ Trong mạch sử dụng IC LM317, biến trở VR4 có tác dụng điều chỉnh điện áp ngõ ra.
Điện áp ngõ ra của mạch được tính theo công thức:
Vout=
Với là dòng đổ qua VR4

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

J3

Trang 24


Đồ án chuyên ngành điện tử

+ Dùng led để chỉ thị nguồn hoạt động, dùng điện trở để hạn dòng cho led.
4.6.2 Thi công và kiểm tra
Sau khi tính toán và vẽ mạch nhóm bắt đầu lắp ráp. Tiến hành kiểm tra bằng đồng hồ
đo, mạch hoạt động ổn định và điện áp đầu ra đúng với chỉ tiêu thiết kế.

Hình 4.8: Mạch thực tế khối nguồn
4.6.3 Kết luận chương
Quá trình thiết kế và thi công mạch đến giai đoạn này đã cơ bản hoàn thành. Tuy trong
quá trình thiết kế và thi công từng khối đã bao gồm bước kiểm tra, nhưng để đảm bảo
mạch hoạt động ổn định cần liên kết tất cả các khối mạch lại và cho vận hành hệ thống
nhiều lần để kiểm tra và sửa lỗi.

SVTH: Phạm Xuân Trường – Lê Hữu Vũ

Trang 25