BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA TIN NHẮN SỬ DỤNG MODULE SIM800A
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (644.53 KB, 25 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Chuyên Ngành: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
Đề Tài:
Điều Khiển Thiết Bị Bằng Tin Nhắn
SMS
GVHD: Th.S TRẦN THỊ HUYỀN TRANG
SVTH : Phan Văn Minh Tiến
(DH41502351)
SVTH : Bùi Vũ Ngọc Quyên
(DH41502107)
TP. Hồ Chí Minh Tháng 02 năm 2019
2
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình làm Đồ án 2 với đề tài “Điều Khiển Thiết Bị Bằng Tin
Nhắn SMS” đã có sự giám sát trạng thái thiết bị và giao tiếp với người sử dụng
thông qua tin nhắn, em đã nhận được rất nhiều ý kiến đóng góp và hướng dẫn
giúp đỡ rất chân tình từ cô, bạn bè và gia đình.
Tuy còn nhiều thiếu sót, chậm trễ trong quá trình trao đổi với cô nhưng
những gì cô hướng dẫn và chỉ bảo đã giúp tụi em thấy thích thú khi được thực
hành một cách cụ thể. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô khoa
Điện - Điện Tử, em chúc các thầy cô sức khỏe, hạnh phúc và thành công trong
công việc.
Đặc biệt, em xin cảm ơn cô Trần Thị Huyền Trang. Cô đã tạo mọi điều
kiện cung cấp những tài liệu bổ ích thiết thực nhằm giúp cho chúng em tìm hiểu
và áp dụng lý thuyết dựa trên nguyên lý hoạt động và cách ứng dụng để thực
hiện đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 02 năm 2019
3
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 02 năm 2019
4
MỤC LỤC
5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Đặt vấn đề:
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 là kỹ thuật tự động điều khiển đóng vai trò
quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp, cung cấp thông
tin hoặc có thể là một hệ thống điều khiển các thiết bị trong nhà… Điển hình của một
hệ thống điều khiển các thiết bị trong nhà từ xa thông qua tin nhắn SMS gồm các thiết
bị đơn giản như bóng đèn, quạt máy, lò sưởi đến các thiết bị tình vi, phức tạp như tivi,
máy giặt, hệ thống báo động… Đầu não trung tâm ở đây có thể là một máy vinh tính
hoàn chỉnh hoặc có thể là một bộ xử lí đã được lập trình sẵn tất cả các chương trình
điều khiển. Bình thường, các thiết vị 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,
người chủ nhà có thể bật máy điều hòa để làm mát phòng trước khi về nhà trong một
khoảng thời gian nhất định. Bên cạnh đó nó cũng gửi thông báo cho người điều khiển
biết là yêu cầu đã được thực hiện. Ngoài ra, hệ thống còn mang tính bảo mật. Nghĩa là
chỉ có chủ nhà hay người biết mật khẩu của hệ thống thì mới điều khiển được. Từ
những yêu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống với sự hợp tác,
phát triển mạnh mẽ của mạng di động nên chúng em đã chọn đề tài: “ Điều khiển thiết
bị bằng tin nhắn SMS” để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người và góp phần
vào sự tiến bộ, văn minh, hiện đại của nước nhà.
1.2 Mục tiêu của đề tài:
Nhằm ứng dụng những kiến thức được truyền đạt, giảng dạy trong thời gian
học tại trường. Ứng dụng sự phổ biến và tiện lợi của mạng điện thoại để tạo lập một
mô hình có thể điều khiển các thiết bị dân dụng một cách dễ dàng ở khoảng cách xa
của người sử dụng thông qua tin nhắn SMS. Tìm hiểu hoạt động một số tính năng của
Module sim800A và mạch Arduino nano. Qua đó thiết kế một mạch điều khiển thiết bị
tượng trưng cho các thiết bị trong nhà, có thể biết được trạng thái thiết bị khi bật tắt,
cũng như điều khiển được thiết bị từ bất cứ nơi nào có phủ sóng các mạng điện thoại
(như Viettel, Mobi, Vinaphone…). Và cú pháp tin nhắn điều khiển dễ dàng của mô
hình, cũng như khi ứng dụng ra thực tế. Nhóm đã chọn theo hướng xây dựng hệ thống
sử dụng arduino để quản lý nơi ở mà con người phải bỏ sức ra để thực hiện một công
việc lặp đi lặp lại hằng ngày. Nhằm bỏ qua sự tác động của con người, con người sẽ
không phải bận tâm quá nhiều đến việc quản lý ngôi nhà mang lại cuộc sống thoải
mái.
6
1.3 Phạm vi của đề tài:
Nhóm thực hiện đề tài đã đặt ra mục tiêu nghiên cứu cụ thể như sau: Tìm hiểu
về nguyên tắc hoạt động của công nghệ số trên module Arduino. Biết các ứng dụng
trên arduino IDE. Tuy đây là một công nghệ không còn quá mới nhưng với khả năng
và kiến thức hiện tại cùng với thời gian ngắn nên mạch ứng dụng của nhóm vẫn còn
một số hạn chế. Với những vấn đề đó thì nhóm em đã nghiên cứu, thiết kế tập trung
hoàn thiện một số điểm như:
-
Điều khiển được một số thiết bị.
Gửi tin nhắn tương tác với điện thoại khi bật tắt thiết bị hay khi khởi động.
Do giới hạn về thời gian nghiên cứu cũng như kiến thức chuyên ngành nên nhôm thực
hiện đề tài chỉ tập trung nghiên cứu một số vấn đề chính xoay quanh đề tài như: Tìm
hiểu và cài đặt các công cụ hỗ trợ lập trinh arduino IDE. Tìm hiểu hoạt động của các
thiết bị trong hệ thống.
7
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
2.1 Giới thiệu về mạng GSM:
2.1.1 Khái niệm về mạng GSM:
Viết tắt của Global System Mobile Communication, hệ thống truyền thông đi
động toàn cầu. GSM là hệ thống điện thoại mạng lưới hoàn toàn sử dụng kỹ thuật số,
khác với hệ thống mạng điện thoại analog cổ điển như AMPS (Advanced Mobile
Phone Service: Dịch vụ điện thoại di động cao cấp). GSM là một hệ thống của Châu
Âu được thiết kết theo kỹ thuật tín hiệu số. Nó không tương thích với các hệ thống
trước đó. Hệ thống GSM nguyên thủy hoạt động ở tần số 900MHz. So với các hệ
thống mạng lưới khác, các người dùng di động liên lạc với nhau thông qua một trạm
trung tâm tại mỗi vị trí bằng cách sử dụng các kênh nối lên (uplink) và nối xuống
(downlink) riêng rẽ nhau. Tần số nối lên bắt đầu tại 935.2MHz và kênh nối xuống bắt
đầu từ 890.2MHz. Tất cả các kênh đề có độ rộng tần số là 200kHz.
Mỗi băng tần trong số 124 uplink và downlink bao gồm các khung 8 khe (slot)
để truyền thoại dữ liệu. Vì có 8 khe trên mỗi kênh, tất cả là 124 kênh, nên trên lý
thuyết hệ thống có thể phục vụ 992 người dùng; tuy nhiên, một số kênh sẽ không dùng
được nếu chúng xung đột với kênh hiện thời đang sử dụng trong ô lưới mạng bên
cạnh.
Mỗi khoảng thời gian truyền khung trong uplink hay downlinnk có độ rộng
1250 bit chia thành 8 khe 148 bit. Nói chung, mỗi kênh có thể truyền một cuộc đối
thoại âm hay truyền dữ liệu với tốc độ 9600 bit/giây.
2.1.2 Cấu trúc và thành phần mạng GSM:
a) Cấu trúc:
- 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 ).
8
Hình 2.1: Cấu trúc của công nghệ GSM
b) Thành phần mạng GSM:
Một mạng GSM để cung cấp đầy đủ các dịch vụ cho khách hang cho nên nó
khá phức tạp vì vậy sau đây sẽ chia ra thành các phần như sau chia theo phân hệ:
-
Phân hệ chuyển mạch NSS: Network switching SubSystem.
Phân hệ vô tuyến RSS = BSS + MS : Radui SubSystem.
Phân hệ vận hành và bảo dưỡng OMS : Operation and Maintenance
SubSystem.
c) Đặc điểm mạng 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 đõ hiện
hành lên đến 9.600 bps.
9
Tính phủ sóng cao. Mạng GSM sử dụng 2 kiểu mã hóa âm thanh để nén tín
hiệu âm thanh 3,1Khz đó là mã hóa 6 và 13Kbps gọi là Full rate (13Kbps) và haft rate
(6Kbps).
2.2 Giới thiệu về SMS:
SMS (Short Message Services) là một giao thức viễn thông cho phép gửi các
thông điệp dạng text ngắn (không quá 160 chữ cái). SMS là công nghệ mà nó cho
phép gửi và nhận những thông điệp giữa những chiếc điện thoại di động. SMS lần đầu
tiên xuất hiện năm 1992, nó được sử dụng trên hệ thống mạng GSM đây là chuẩn duy
nhất vào thời điểm khởi đầu.
2.2.1 Ưu điểm và khuyết điểm:
a) Ưu điểm:
SMS có thể gửi và đọc bất cứ lúc nào. SMS có thể gửi khi máy nhận tắt. SMS
được hỗ trợ 100% đối với thiết bị di động GSM, tin nhắn SMS là một công nghệ rất
mạnh. Tất cả các thiết bị di động GSM đều hổ trợ chúng.
b) Khuyết điểm:
Một tin nhắn SMS chỉ có thể mang theo một khối lượng dữ liệu rất hạnh chế.
Để khắc phục vấn đề trên một cách giải quyết được đưa ra là nối các SMS lại với nhau
(và nó được hiểu là một SMS dài). Một tin nhắn văn bản được nối lại có thể chứa hơn
160 ký tự Tiếng Anh.
2.3 Giới thiệu module GSM GPRS SIM800A:
Mạch GSM GPRS Sim800A (SIM900A update) tích hợp nguồn xung và ic đệm
được thiết kế cho các ứng dụng cần độ bền và độ ổn định cao.
Mạch GSM GPRS Sim800A (SIM900A update) tích hợp nguồn xung và ic đệm
được thiết kế nhỏ gọn nhưng vẫn giữ được các yếu tố cần thiết của thiết kế Module
Sim như: Mạch chuyển mức tín hiệu logic sử dụng Mosfet, IC giao tiếp RS232
MAX232, mạch nguồn xung dòng cao, khe sim chuẩn và các đèn led báo hiệu, mạch
còn đi kèm với Anten GSM. Module Sim800A cung cấp giải pháp Dual-band
GSM/GPRS 900/1800MHz, có thể truyền nhận SMS, Dat.
Được thiết kế cho thị trường toàn cầu, SIM800 là mô-đun GSM / GPRS bốn
băng tần hoạt động trên các tần số GSM 850 MHz, EGSM 900 MHz, DCS 1800 MHz
và PCS 1900 MHz. SIM800 có tính năng đa khe GPRS 12 lớp / 10 (tùy chọn) và hỗ
trợ các sơ đồ mã hóa GPRS CS-1, CS-2, CS-3 và CS-4.
Với cấu hình nhỏ 24 * 24 * 3 mm, SIM800 có thể đáp ứng gần như tất cả các
yêu cầu về không gian trong người dùng các ứng dụng, như M2M, điện thoại thông
minh, PDA và các thiết bị di động khác.
10
SIM800 có 68 miếng đệm SMT và cung cấp tất cả các giao diện phần cứng
giữa mô-đun và bảng khách hàng.
SIM800 được thiết kế với kỹ thuật tiết kiệm năng lượng để mức tiêu thụ hiện
tại thấp tới 1,2mA ở chế độ ngủ.
SIM800 tích hợp giao thức TCP / IP và các lệnh TCP / IP AT mở rộng rất hữu
ích cho việc truyền dữ liệu các ứng dụng.
2.3.1 Tính năng của module Sim800A:
- Sử dụng module GSM GPRS Sim800A.
+ Nguồn cấp đầu vào: 5 - 18VDC, lớn hơn 1A.
+ Mức tín hiệu giao tiếp: TTL (3.3-5VDC) hoặc RS232.
+ Tích hợp IC chuyển mức tín hiệu RS232 MAX232.
+ Tích hợp nguồn xung với dòng cao cung cấp cho Sim800A.
+ Thiết kế mạch nhỏ gọn, bền bỉ, chống nhiễu.
+ Hỗ trợ bàn phím lên tới 5 * 5 * 2.
+ Một cổng UART đầy đủ chức năng và có thể được cấu hình thành hai
cổng nối tiếp độc lập.
+ Một cổng USB có thể được sử dụng để gỡ lỗi và nâng cấp chương
trình cơ sở.
+ Các kênh âm thanh bao gồm đầu vào micrô và đầu ra máy thu.
+ Lập trình mục đích đầu vào và đầu ra chung.
+ Giao diện một thẻ SIM.
+ Hỗ trợ chức năng Bluetooth.
+ Hỗ trợ một PWM, PCM.
11
2.3.2 Sơ đồ chân và chức năng của từng chân của module Sim800A:
P1
P2
Hình 2.2: Sơ đồ chân của module SIM800A.
Header P1: Từ trên xuống dưới
VCC: Nguồn dương từ 5-18VDC, lớn hơn 1A
GND: Mass, 0VDC.
EN: Mặc định nối lên cao, chức năng dùng để khởi động (Enable) hoặc dừng
hoạt động (Disable) Module Sim800, nếu nếu muốn module Sim800 dừng hoạt
động bạn có thể nối chân này xuống âm GND (0VDC).
232R: Chân nhận tín hiệu RS232.
232T: Chân truyền tín hiệu RS232
GND: Mass, 0VDC.
RXD: Kết nối với RX của MCU.
TXD: Kết nối với TX của MCU (Chân nhận tín hiệu TTL 3.3V).
•
•
•
•
•
•
•
•
Header P2: Từ phải sang trái
BRXD: Thường không sử dụng, chân nhận tín hiệu, dùng để giao tiếp nạp
Firmware cho Sim800, mức tín hiệu 3.3VDC.
BTXD: Thường không sử dụng, chân truyền tín hiệu, dùng để giao tiếp nạp
Firmware cho Sim800, mức tín hiệu 3.3VDC.
GND: Mass, 0VDC.
EPN: Ngõ ra loa Speaker âm
EPP: Ngõ ra loa Speaker dương.
MICP: Ngõ vào Micro dương.
MICN: Ngõ vào Micro âm.
-
•
•
•
•
•
•
•
12
2.3.3 Các chế độ hoạt động của module Sim800A:
• GSM/GPRS SLEEP Module sẽ tự động chuyển sang chế độ SLEEP nếu DTR được
thiết lập mức cao và ở đó không có ngắt phần cứng như ngắt GPIO hoặc dữ liệu trên
port nối tiếp. Trong trường hợp này, dòng tiêu thụ của module sẽ giảm xuống mức
thấp nhất. Trong suốt chế độ SLEEP, module vẫn có thể nhận gói tin nhắn hoặc SMS
tự hệ thống.
•
GSM IDLE: Phần mềm tích cực. Module kết nối mạng GSM và module sẵn sàng gửi
và nhận.
•
GSM TALK: Kết nối vẫn tiếp tục diễn ra giữa 2 thuê bao, nhưng không có dữ liệu
được gửi hoặc nhận. Trong trường hợp này, năng lượng tiêu thụ phụ thuộc vào thiết
lập mạng và cấu hình GPRS.
•
GPRS STANDBY: Module sẵn sàng truyền dữ liệu GPRS, nhưng không có dữ liệu
nào được gửi và nhận. Trong trường hợp này, năng lượng tiêu thụ phụ thuộc vào thiết
lập mạng và cấu hình GPRS.
•
GPRS DATA: Xảy ra việc truyền dữ liệu GPRS. Trong trường hợp này, năng lượng
tiêu thụ liên quan tới việc thiết lập mạng (mức điều khiển nguồn), tốc độ
uplink/downlink và cấu hình GPRS (sử dụng thiết lập multi-slot).
2.4 Giới thiệu mạch Arduino nano FT232RL:
Hình 2.3: Mạch Arduino nano FT232RL.
Mạch Arduino Nano FT232RL có kích thước nhỏ gọn, thiết kế và chuẩn chân
giao tiếp tương đương với Arduino Nano chính hãng, mạch sử dụng IC nạp và giao
tiếp UART FT232RL có chất lượng và độ ổn định cao như phiên bản gốc trên trang
13
Arduino.cc, mạch
có
đi
kèm
cáp
nạp
Mini
USB.
Arduino Nano là phiên bản nhỏ gọn của Arduino Uno R3 sử dụng MCU
ATmega328P-AU dán, vì cùng MCU nên mọi tính năng hay chương trình chạy trên
Arduino Uno đều có thể sử dụng trên Arduino Nano, một ưu điểm của Arduino Nano
là vì sử dụng phiên bản IC dán nên sẽ có thêm 2 chân Analog A6, A7 so với Arduino
Uno.
- Thông số kỹ thuật:
•
Thiết kế theo đúng chuẩn chân, kích thước của Arduino Nano chính hãng.
•
IC chính: ATmega328P-AU.
•
IC nạp và giao tiếp UART: FT232RL chính hãng FTDI.
•
Điện áp cấp: 5VDC cổng USB hoặc 6-9VDC chân Raw.
•
Mức điện áp giao tiếp GPIO: TTL 5VDC.
•
Dòng GPIO: 40mA.
•
Số chân Digital: 14 chân, trong đó có 6 chân PWM.
•
Số chân Analog: 8 chân (hơn Arduino Uno 2 chân).
•
Flash Memory: 32KB (2KB Bootloader).
•
SRAM: 2KB
•
EEPROM: 1KB
•
Clock Speed: 16Mhz.
•
Tích hợp Led báo nguồn, led chân D13, LED RX, TX.
•
Tích hợp IC chuyển điện áp 5V LM1117.
•
Kích thước: 18.542 x 43.18mm
-
Sơ đồ chân và chức năng của chân mạch Arduino nano FT232RL:
Hình 2.4: Sơ đồ chân mạch arduino nano FT232RL.
14
Arduino Nano
Pin
Pin
Name
Type
Function
1
D1/TX
I/O
Digital I/O Pin
Serial TX Pin
2
D0/RX
I/O
Digital I/O Pin
Serial RX Pin
3
RESET
Input
Reset ( Active Low)
4
GND
Power
Supply Ground
5
D2
I/O
Digital I/O Pin
6
D3
I/O
Digital I/O Pin
7
D4
I/O
Digital I/O Pin
8
D5
I/O
Digital I/O Pin
9
D6
I/O
Digital I/O Pin
10
D7
I/O
Digital I/O Pin
11
D8
I/O
Digital I/O Pin
12
D9
I/O
Digital I/O Pin
13
D10
I/O
Digital I/O Pin
14
D11
I/O
Digital I/O Pin
15
D12
I/O
Digital I/O Pin
16
D13
I/O
Digital I/O Pin
17
3V3
Output
+3.3V Output (from FTDI)
18
AREF
Input
ADC reference
19
A0
Input
Analog Input Channel 0
20
A1
Input
Analog Input Channel 1
21
A2
Input
Analog Input Channel 2
22
A3
Input
Analog Input Channel 3
15
Arduino Nano
Pin
Pin
Name
Type
Function
23
A4
Input
Analog Input Channel 4
24
A5
Input
Analog Input Channel 5
25
A6
Input
Analog Input Channel 6
26
A7
Input
Analog Input Channel 7
27
+5V
Output or
Input
+5V Output (From On-board
Regulator) or
+5V (Input from External Power
Supply
28
RESET
Input
Reset ( Active Low)
29
GND
Power
Supply Ground
30
VIN
Power
Supply voltage
Arduino Nano có sẵn trong TQFP với 32 chân. Thêm 2 chân của Arduino
Nano phục vụ cho các chức năng ADC, trong khi Arduino UNO có 6 cổng ADC
nhưng Nano có 8 cổng ADC. Bảng mạch Nano không có giắc cắm nguồn DC như các
bo mạch Arduino khác, nhưng thay vào đó có cổng mini-USB. Cổng này được sử
dụng cho cả lập trình và giám sát nối tiếp. Tính năng hấp dẫn trong Nano là nó sẽ
chọn nguồn năng lượng mạnh nhất với sự khác biệt tiềm năng của nó và nguồn nhảy
chọn nguồn không hợp lệ.
Như đã đề cập trước đó, Arduino Nano có 14 chân I / O kỹ thuật số có thể
được sử dụng làm đầu vào hoặc đầu ra kỹ thuật số. Các chân hoạt động với điện áp 5V
là tối đa, tức là, mức cao kỹ thuật số là 5V và mức thấp kỹ thuật số là 0V. Mỗi pin có
thể cung cấp hoặc nhận dòng điện 40mA và có điện trở kéo lên khoảng 20-50k ohms.
Mỗi trong số 14 chân kỹ thuật số trên sơ đồ chân Nano có thể được sử dụng làm đầu
vào hoặc đầu ra, sử dụng các hàm pinMode (), digitalWrite () và digitalRead (). Khác
với các chức năng đầu vào và đầu ra kỹ thuật số, các chân kỹ thuật số cũng có một số
chức năng bổ sung.
Lập trình cho Arduino
Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng. Ngôn
ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung. Và Wiring lại
là một biến thể của C/C++. Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C
hay C/C++. Riêng mình thì gọi nó là “ngôn ngữ Arduino”, và đội ngũ phát triển
16
Arduino cũng gọi như vậy. Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay
do đó rất dễ học, dễ hiểu. Nếu học tốt chương trình Tin học 11 thì việc lập trình
Arduino sẽ rất dễ thở đối với bạn.
Để lập trình cho Mạch Arduino, nhà phát triển cung cấp một môi trường lập
trình Arduino được gọi là Arduino IDE (Intergrated Development Environment) như
hình dưới đây.
2.5 Module 1 Relay 5v:
Hình 2.5: Module 1 Relay 5v:
Module 1 Relay với opto cách ly nhỏ gọn, có opto và transistor cách ly giúp
cho việc sử dụng trở nên an toàn với board mạch chính, mạch được sử dụng để đóng
17
ngắt nguồn điện công suất cao AC hoặc DC, có thể chọn đóng khi kích mức cao hoặc
mức thấp bằng Jumper.
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý Rờ-le.
Tiếp điểm đóng ngắt gồm 3 tiếp điểm NC (thường đóng), NO(thường mở) và
COM(chân chung) được cách ly hoàn toàn với board mạch chính, ở trạng thái bình
thường chưa kích NC sẽ nối với COM, khi có trạng thái kích COM sẽ chuyển sang nối
với NO và mất kết nối với NC.
Hình 2.7: Sơ đồ chân Module 1 Relay 5v.
Thông số kỹ thuật:
Sử dụng điện áp nuôi DC 5V.
Relay mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA.
Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V ~ 10A hoặc DC30V ~ 10A.
Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi Relay.
Có thể chọn mức tín hiệu kích 0 hoặc 1 qua jumper.
Kích thước: 1.97 in x 1.02 in x 0.75 in (5.0 cm x 2.6 cm x 1.9 cm).
Weight: 0.60 oz (17 g).
•
•
•
•
•
•
•
Ứng dụng :
• Kiểm soát các thiết bị nhà bếp như nồi cơm điện, nồi hấp điện… thích hợp cho những
người bận rộn làm việc.
• Điều khiển điều hòa nhiệt độ, bình nóng lạnh: bật điều hòa không khí, bình nóng lạnh
trước khi từ cơ quan về nhà, có thể tận hưởng không khí mát mẻ và trong lành ngay
khi về tới nhà, về tới nhà có sẵn nước nóng để tắm không phải chờ đợi. (Lưu ý: Để
-
18
•
•
•
•
•
•
điều khiển được những thiết bị công suất lớn cần phải sử dụng kết hợp với một công
tắc từ (rờ le) ngoài công suất lớn).
Kiểm soát ánh sáng: Bật đèn trước khi về nhà.
Bật máy bơm nước tưới cây, cho cá ăn… khi ở xa.
Và có thể điều khiển bật tắt rất nhiều thiết bị điện khác khi không có mặt ở nhà.
Bật /tắt máy bơm nước từ xa khi đang tưới cây trong vườn hay cánh đồng rộng lớn
Bật /tắt hệ thống chống trộm, camera an ninh, đèn chiếu sáng, âm thanh,… từ xa và
còn rất nhiều ứng dụng điều khiển khác tùy vào óc sáng tạo của bạn.
Chức năng nhá máy ( 3 số định trước theo ANUM1,ANUM2,ANUM3 ) để đóng ngắt
tiếp điểm relay1 ( khi thiết bị nhận lệnh sẽ tự động ngắt máy – sẽ báo tin nhắn Bật
hoặc Tắt về số máy nhá qua đường tin nhắn nếu thiết lập RESEND=1 trước đó.
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH
3.1 Thiết kế:
- Có 2 phương pháp thiết kế để thực hiện đề tài :
+ Dùng điện thoại di động có chức năng giống với MODULE SIM800A để kết
nối với mạch Arduino nano. Việc lập trình cho điện thoại di động cũng gần tương tự
như GMS MODULE nhưng có hạn chế hơn vì một số loại điện thoại chỉ hổ trợ lệnh
AT ở dạng MODE PDU nên lập trình rất phức tạp.
+ Dùng MODULE SIM800A để kết nối với mạch Arduino nano: chi phí và giá
thành khá đắt. Nhưng có đầy đủ tính năng cho lập trình với lệnh AT. Ngoài ra còn có
thể phát triển ứng dụng sâu thêm với GPRS, GPS. Do đó việc lựa chọn thiết kế nối
MODULE SIM800A với mạch Arduino nano sẽ khả thi và dễ thực hiện hơn.
3.2 Sơ đồ khối của hệ thống mạch:
Khối
công suất
Khối xử lý
trung tâm
Khối giao
tiếp SMS
Khối nguồn
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống mạch.
19
3.2.1 Khối điều khiển trung tâm:
Trong khối này, điều khiển trung tâm là mạch Arduino nano FT232RL. Kết nối
với Module Sim800A và Module relay 5v để xử lý và điều khiển thiết bị.
Hình 3.2: Sơ đồ kết nối giữa Arduino nano và Module SIM800A.
3.2.2 Khối giao tiếp SMS:
Khối này có chức năng gửi nhận tin nhắn SMS cho việc điều khiển các thiết bị.
Khối này cần 1 thiết bị điện thoại di động và 1 Module Sim800A:
+ Thiết bị điện thoại di động: dành cho người sử dụng (điều khiển). Người sử
dụng cần phải đăng kí dịch vụ viễn thông đối với các nhà cung cấp dịch vụ trong
nước.
+ Module Sim800A: Module này phải được gắn sim của nhà cung cấp dịch vụ
và được kết nối với khối xử lí trung tâm.
Khi người sử dụng nhắn một tin SMS có nội dung là một lệnh yêu cầu điều
khiển thiết bị thì module sim800A sẽ nhắn tin nhắn và truyền cho khối xử lí trung tâm
để khối này xử lí tin nhắn và đưa ra lệnh điều khiển. Để cho phép ứng GMS hoạt
động, yêu cầu phải giữ chân PWMRKEY ở mức thấp trong một khoảng thời gian ngắn
nên ở chân PWMRKEY có sử dụng một nút nhấn. Ta có thể biết được tình trạng của
mạng GMS thông qua chân STATUS.
- Nguyên tắc hoạt động:
Khi khởi động hệ thống thì mất 1 khoảng thời gian 20 - 30s để dò sóng. Khi đã
dò được sóng (đèn led trạng thái chuyển từ nhấp nháy nhanh sang chậm) lúc này hệ
thống mới thực hiện được các chức năng điều khiển, báo động của mình.
- Cú pháp tin nhắn:
+ Để mở thiết bị, sử dụng điện thoại di động nhắn tin với cú pháp:
“RLON”
20
Và gửi đến số điện thoại trên Module SIM800A.
+ Để tắt thiết bị, sử dụng điện thoại di động nhắn tin với cú pháp:
“RLFF”
Và gửi đến số điện thoại trên Module SIM800A.
3.2.3 Khối công suất:
Kết nối dây tính hiệu chân số 5 (ký hiệu là D5) của mạch arduino nano đến
cổng tín hiệu của module relay, cấp tín hiệu mức cao và mức thấp cho module để điều
khiển rờ-le.
Cấp nguồn cho thiết bị thông qua module relay chờ tín hiệu kích rờ-le để hoạt
động thiết bị. Để mô phỏng hệ thống, sử dụng động cơ 5v để thực hiện yêu cầu của hệ
thống mạch.
- Tiếp điểm Relay:
•
•
•
COM: Chân chung. Nối dây âm (-) của nguồn cấp cho thiết bị.
NC: Bình thường chân này nối với chân COM.
NO: Khi cuộn hút đóng chân này nối với chân COM và chân COM không nối
với chân NC nữa. Nối dây thiết bị vào chân này và một chân của thiết bị nối
với dây dương (+) của nguồn cấp cho thiết bị.
Trong hệ thống mô phỏng của mạch thiết bị là động cơ.
3.2.4 Khối nguồn:
Sử dụng Adapter có nguồn 5v ở cổng Mini USB cho mạch Arduino nano vì
mạch không có cổng Jack DC. Nguồn cho Module SIM800A có thể từ 5v – 18v.
21
Cấp nguồn tương thích để điều khiển thiết bị qua rờ-le.
CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
4.1 Chương trình điều khiển hệ thống:
#include "SoftwareSerial.h"
SoftwareSerial sim808(3,2);
String SDT="0385701124";
char textA[4];
void at(String _atcm,unsigned long _dl){
sim808.print(_atcm+"\r\n");
delay(_dl);
}
void setup() {
pinMode(5, OUTPUT);
delay(1000);
sim808.begin(9600);
Serial.begin(9600);
Serial.println("Hello 123 ");
/*
// Test call
at("AT",1000);
at("ATD"+SDT+";",15000);
at("ATH",1000);
//test sms
at("AT",1000);
22
at("AT+CMGF=1",1000);
at("AT+CSCS=\"GSM\"",1000);
at("AT+CMGS=\"" + SDT+"\"",2000);
at(" test sim",1000);
sim808.write(26);
// ctlrZ
*/
}
void loop()
{
char text,i=0;
if(sim808.available()>0)
{
for(i=1;i<4;i++)
{
textA[i-1] = textA[i];
}
text = sim808.read();
textA[3] = text;
Serial.write(text);
if((textA[0]=='R')&&(textA[1]=='L')&&(textA[2]=='O')&&(textA[3]=='N')) {
digitalWrite(5, HIGH);
Serial.println(" RELAY ON");
}
if((textA[0]=='R')&&(textA[1]=='L')&&(textA[2]=='F')&&(textA[3]=='F')) {
digitalWrite(5, LOW);
Serial.println(" RELAY OFF");
}
23
}
}
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
5.1 Kết luận:
-
Qua thời gian nghiên cứu, tìm hiểu, thi công, đồ án đã cơ bản được hoàn thành. Bằng
sự nỗ lực cố gắng của nhóm và sự hướng dẫn nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn, đồ
án đã được hoàn thành đúng thời gian quy định và đã đạt được những kết quả như sau:
• Mạch điện sau khi hoàn thành đã hoạt động tốt.
• Hệ thống điều khiển được thiết bị điện từ xa thông qua tin nhắn SMS.
• Sau khi gửi tin nhắn thì với nội dung tin nhắn quy định, bộ xử lý sẽ thực thi
quá trình xử lý, sau đó là điều khiển thiết bị 1 cách tự đông.
• Tin nhắn được gửi đi từ người điều khiển để điều khiển thiết bị điện.
• Để thực hiện được các chức năng như trên, nhóm đã tìm nghiên cứu các vấn
đề có liên quan tới đề tài như: Arduino nano FT232RL, Module Sim800A,
Module relay 5v, các ngôn ngữ lập trình tương ứng như CCS, bộ lệnh AT
Command dành cho Module, và các vấn đề khác liên quan tới đề tài.
- Mặt hạn chế:
+ Tuy hệ thống đề tài rất rộng nhưng nhóm chỉ thực hiện một phần của hệ
thống.
+ Kiến thức về lập trình còn hạn chế.
+ Sử dụng tin nhắn SMS chỉ được hoạt đọng trong vùng phủ sóng điện thoại
nên áp dụng ở vùng không có phủ sóng cũng là hạn chế của đề tài.
5.2 Hướng phát triển:
- Do thời gian thực hiện đề tài có hạn và lượng kiến thức cá nhân là nhất định
nên đề tài thực hiện xong chỉ đáp ứng được 1 phần nhỏ của 1 hệ thống hoàn chỉnh. Vì
vậy, để đề tài này thêm phong phú hơn, mang nhiều tính thực tế hơn nữa, có khả năng
ứng dụng cao hơn thì đề tài cần đưa thêm vào những yêu cầu như sau:
Ngoài việc điều khiển giám sát bằng tin nhắn SMS ta có thể điều khiển thông
qua 1 cuộc gọi hoặc bằng wi-fi.
• Mở rộng điều khiển được nhiều hơn nữa các thiết bị trong nhà. Hướng đến nhà
thông minh.
• Hy vọng với những hướng phát triển nêu trên cùng với những ý tưởng khác của
các bạn, khắc phục những hạn chế, tồn tại của đề tài, làm cho đề tài trở nên
phong phú hơn, mang tính ứng dụng cao hơn vào trong thực tế cuộc sống, phục
vụ cho những lợi ích của con người trong tương lai.
•
24
TÀI LIỆU THAM KHẢO
-
Copyright © Shanghai SIMCom Wireless Solutions Ltd . 2014
Một Số Trang Web Tham Khảo:
-
25
