NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG CẢNH BÁO TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG
CẢNH BÁO TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

Họ và tên sinh viên: NGÔ HOÀNG THÁI HẬU
VŨ NGỌC HÂN
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2006 – 2010


Tháng 7/2010


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẢNH BÁO TỰ
ĐỘNG TRONG NHÀ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

Tác giả

NGÔ HOÀNG THÁI HẬU
VŨ NGỌC HÂN

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
Cơ điện tử

Giáo viên hướng dẫn
ThS. Nguyễn Lê Tường
Ks. Nguyễn Văn Khải

Tháng 7 năm 2010


CẢM TẠ

Xin gởi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô trong khoa Cơ Khí Công Nghệ, đã
dìu dắt, dậy dỗ chúng em trong suốt bốn năm học. Đã tạo điều kiện thuận lợi để chúng
em học tập tốt.
Gửi đến cô Nguyễn Lê Tường và thầy Nguyễn Văn Khải lời cảm ơn vô vàn, người
đã theo sát, động viên, hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án.
Bên cạnh đó, gia đình là nguồn động viên to lớn về tinh thần, lẫn vật chất giúp em
bước trên con đường mà em đã chọn. Xin cảm ơn Ba Mẹ và các anh chị đáng mến.
Lời sau cùng gửi đến các anh, chị, các bạn trong khoa đã giúp đỡ, cũng như đóng
góp ý kiến trong suốt quá trình thực hiện đồ án.
Xin chân thành cảm ơn!


TÓM TẮT

Đề tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống cảnh báo tự động trong nhà qua
điện thoại di động” được tiến hành trong thời gian từ 1/4/2010 đến 15/7/2010.
Địa điểm nghiên cứu: Phòng thực tập bộ môn Cơ Điện Tử, đại học Nông Lâm Tp.
HCM.
Mục tiêu chính của đề tài là chế tạo mô hình cảnh báo tự động sử dụng PIC
16F887 qua điện thoại di động sử dụng sóng RF. Cụ thể:
- Tìm hiểu về PIC 16F887.
- Tìm hiểu về tổng đài điện thoại.
- Tìm hiểu về sóng RF.
- Tìm hiểu về các linh kiện điện tử sử dụng cho hệ thống.

- Kết quả đạt được:
 Mô hình ngôi nhà.
 Thiết kế được board trung tâm điều khiển.
 Khối role dùng để đóng ngắt các thiết bị.
 Các khối cảm biến ( cảm biến khói, cảm biến chuyển động, cảm biến cắt
tia và cảm biến mở cửa ) dùng để giám sát trình trạng của ngôi nhà.
 Điện thoại di động dùng để gọi đi khi các cảm biến phát hiện ra tình trạng
mất an ninh của ngôi nhà.
Hệ thống được điều khiển từ xa bằng remote, hệ thống này cũng có thể điều khiển
bằng tay khi người điều khiển đang ở nhà.


MỤC LỤC

Trang
Trang tựa...................................................................................................................... i
Cảm tạ.......................................................................................................................... ii
Tóm tắt........................................................................................................................iii
Mục lục........................................................................................................................ iv
Danh sách sác hình...................................................................viiDanh sách các bảng
...................................................................................................................................... ix
Chương 1 MỞ ĐẦU......................................................................................................1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................................1
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn..............................................................................2
1.3 Mục đích nghiên cứu của đề tài............................................................................2
Chương 2 TỔNG QUAN..............................................................................................3
2.1 Một số hệ thống đã có trên thế giới......................................................................3
2.1.1 Hệ thống chống trộm.....................................................................................3
2.1.2 Hệ thống an ninh...........................................................................................4
2.2 Giới hạn của đề tài...............................................................................................5

2.3 Đối tượng nghiên cứu...........................................................................................6
2.4 Lý thuyết về điều khiển từ xa...............................................................................6
2.4.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển từ xa..............................................................6
2.4.1.1 Một số vấn đề cơ bản trong điều khiển từ xa..........................................7
2.4.1.2 Kết cấu tin tức.........................................................................................7
2.4.1.3 Về kết cấu hệ thống.................................................................................8
2.4.1.4 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển từ xa...............................................8
2.4.1.5 Các phương pháp mã hóa trong điều khiển từ xa....................................8
2.4.1.6 Các phương pháp điều chế tín hiệu trong điều khiển từ xa.....................9
2.4.1.7 Điều chế biên độ xung ( PAM ).............................................................10
2.4.1.8 Điều chế độ rộng xung..........................................................................11
2.4.1.9 Điều chế vị trí xung (PPM)...................................................................12
2.4.1.10 Điều chế mã xung...............................................................................12
2.4.1.11 Kỹ thuật điều chế tín hiệu bằng xung DTMF......................................13
2.4.2 Hệ thống điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến............................................15
2.4.2.1 Sơ lược về hệ thống thu phát vô tuyến..................................................15
2.4.2.2 Khái niệm về hệ thống điều khiển từ xa dùng sóng vô tuyến................15
2.4.2.3 Sơ đồ máy phát.....................................................................................15
2.4.2.4 Sơ đồ khối máy thu...............................................................................16
2.4.3 Hệ thống dùng tia hồng ngoại......................................................................18
2.4.3.1 Khái niệm về tia hồng ngoại.................................................................18
2.4.3.2 Nguồn phát sóng hồng ngoại.................................................................19
2.4.3.3 Linh kiện thu sóng hồng ngoại..............................................................20
2.4.3.4 Sơ đồ khối hệ thống dùng tia hồng ngoại..............................................20
2.4.3.5 Máy thu.................................................................................................25


2.5 Lý thuyết về tổng đài..........................................................................................23
2.5.1 Lý thuyết tổng quát về tổng đài...................................................................23
2.5.1.1 Giới thiệu chung ...................................................................................23

2.5.1.2 Phương thức chuyển mạch của tổng đài điện tử....................................24
2.5.1.3 Các loại tổng đài điện tử hiện có...........................................................25
2.5.2 Giới thiệu về tổng đài điện tử nội bộ cơ quan PABX (Private Automatic
Branch Exchance) TC – 200, serial 308A của công ty IKE..................................25
2.5.3 Báo Hiệu Trong Tổng Đài...........................................................................27
2.5.3.1 Định nghĩa.............................................................................................27
2.5.3.2 Các chức năng của báo hiệu..................................................................27
2.5.3.3 Các Hệ Thống Báo Hiệu.......................................................................28
2.5.3.4. Báo Hiệu Trên Đường Dây Thuê Bao Gọi...........................................28
2.5.3.5 Báo Hiệu Trên Đường Dây Thuê Bao Bị Gọi.......................................29
2.5.3.6 Hệ thống âm hiệu của tổng đài..............................................................30
2.6 Giới thiệu về các IC............................................................................................32
2.6.1 Cặp IC thu phát hồng ngoại.........................................................................32
2.6.2 Cặp IC giải mã và lập mã.............................................................................34
2.6.3 Các mạch cảm biến......................................................................................36
2.6.4 IC thu phát ngữ âm ISD1420.......................................................................37
2.6.5 IC CD4066 điều khiển bàn phím điện thoại.................................................41
2.7 Vi điều khiển PIC16F887...................................................................................41
2.7.1 Sơ đồ chân và chức năng các chân của PIC16F887.....................................43
2.7.2 Bộ định thời.................................................................................................48
2.7.3 Khối chuyển đổi tương tự sang số ADC......................................................51
2.7.4 Hoạt động ngắt............................................................................................52
2.7.5 Chế độ điều chế độ rộng xung (PWM)........................................................54
2.7.6 Chương trình biên dịch và nạp PIC..............................................................56
2.8 IC chuyên dụng thu/phát DTMF.........................................................................56
2.8.1 Sơ đồ chân CM8870....................................................................................56
2.8.2 Ý nghĩa các chân CM8870...........................................................................57
2.8.3 Sơ đồ khối bên trong IC MT8870................................................................57
Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................61
3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu đề tài.............................................................61

3.1.1 Tìm hiểu chung............................................................................................61
3.1.2 Tiến hành thực hiện:....................................................................................61
3.1.3 Địa điểm tiến hành.......................................................................................61
3.2 Phương pháp nghiên cứu....................................................................................61
3.2.1 Thu tín hiệu RF tần số 315 Mhz..................................................................61
3.2.1.1 IC giải mã PT2272................................................................................61
3.2.1.2 Sơ đồ khối, và hình thực tế của khối thu RF..........................................62
3.2.2 Giới thiệu về IC mã hóa PT2262.................................................................63
3.2.3 Các cảm biến được sử dụng.........................................................................63
3.2.3.1 Cảm biến khói.......................................................................................63
3.2.3.2 Cảm biến cắt tia....................................................................................64
3.2.3.3 Cảm biến chuyển động..........................................................................65
3.2.3.4 Cảm biến mở cửa..................................................................................67


3.2.4 Điều khiển bàn phím điện thoại...................................................................68
3.2.5 Điều khiển các thiết bị.................................................................................69
3.2.6 Phát ngữ âm.................................................................................................70
3.2.7 Kỹ thuật thu tone DTMF..............................................................................74
3.2.7.1 Giới thiệu chung....................................................................................74
3.2.7.2 Mô tả chức năng....................................................................................74
3.2.7.3 Cấu hình ngõ vào..................................................................................74
3.2.7.4 Mạch STEERING.................................................................................74
3.2.7.5 Khối Dial tone filter..............................................................................76
3.2.7.6 Khối Dial tone filter..............................................................................76
3.2.7.7 Khối High group filter và Low group filter...........................................76
3.2.7.8 Khối Digital detection argorethm..........................................................76
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................................77
4.1 Sơ đồ khối toàn bộ hệ thống...............................................................................77
4.2 Chức năng và nguyên lý từng khối.....................................................................77

4.2.1 Khối nguồn..................................................................................................77
4.2.2 Khối thu tone DTMF...................................................................................77
4.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý....................................................................................77
4.2.2.2 Nuyên lý hoạt động của mạch...............................................................78
4.2.3 Khối thu RF.................................................................................................79
4.2.4 Khối điều khiển thiết bị...............................................................................79
4.2.4.1 Sơ đồ nguyên lý....................................................................................79
4.2.4.2 Sơ đồ mạch in và hình thực tế khối relay điều khiển thiết bị.................79
4.2.4.3 Nguyên lý hoạt động.............................................................................80
4.2.5 Khối phát ngữ âm........................................................................................80
4.2.5.1 Sơ đồ nguyên lý....................................................................................80
4.2.5.2 Nguyên tắc hoạt động...........................................................................81
4.2.6 Khối xử lý trung tâm....................................................................................82
4.2.6.1 Sơ đồ nguyên lý....................................................................................82
4.2.6.2 Sơ đồ mãch in và hình thực tế...............................................................82
4.2.6.3 Nguyên tắc hoạt động...........................................................................84
4.2.7 Khối điều khiển bàn phím điện thoại...........................................................84
4.2.7.1 Sơ đồ nguyên lý....................................................................................84
4.2.7.2 Hình thực tế khối điện thoại..................................................................84
4.2.7.3 Nguyên tắc hoạt động...........................................................................85
4.2.8 Khối các cảm biến.......................................................................................85
4.2.8.1 Mạch thu phát hồng ngoại (Cảm biến cắt tia).......................................85
4.2.8.2 Cảm biến cháy.......................................................................................87
4.2.8.3 Cảm biến chuyển động..........................................................................88
4.2.8.4Cảm biến mở cửa...................................................................................89
4.3 Lưu đồ thuật toán...............................................................................................91
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.......................................................................93
5.1 Kết luận..............................................................................................................93
5.2 Đề nghị............................................................................................................... 93
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................95

PHỤ LỤC................................................................................................................ 96


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1: Sơ đồ hoạt động – báo chống trộm................................................................3
Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống an ninh...............................................................................4
Hình 2.3: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa........................................................7
Hình 2.4: Sơ đồ khối máy phát...................................................................................8
Hình 2.5: Sơ đồ khối máy thu.....................................................................................8
Hình 2.6: Các kiểu điều chế xung.............................................................................10
Hình 2.7: Hệ thống điều chế PAM............................................................................11
Hình 2.8: Sơ đồ khối hê thống PWM........................................................................12
Hình 2.9: Bàn phím chuẩn 12 phím DTMF.............................................................14
Hình 2.10: Sơ đồ máy phát vô tuyến........................................................................16
Hình 2.11: Sơ đồ khối máy thu vô tuyến..................................................................17
Hình 2.12: Quang phổ của các nguồn sáng..............................................................19
Hình 2.13: Sơ đồ khối máy phát hồng ngoại............................................................20
Hình 2.14: Sơ đồ khối máy thu hồng ngoại..............................................................22
Hình 2.15: Sơ đồ các hệ thống báo hiệu...................................................................28
Hình 2.16: Dạng sóng tín hiệu chuông.....................................................................30
Hình 2.17: Sơ đồ chân BL 9148.................................................................................32
Hình 2.18: Sơ đồ chân BL 9149.................................................................................33
Hình 2.19: Sơ đồ chân PT2272..................................................................................35
Hình 2.20: Sơ đồ chân PT2262..................................................................................36
Hình 2.21: Sơ đồ chân ISD 1420...............................................................................38
Hình 2.22: Sơ đồ các chân IC CD4066.....................................................................41
Hình 2.23: Sơ đồ chân PIC........................................................................................43
Hình 2.24: Cấu trúc của timer 0...............................................................................49
Hình 2.25: Cấu trúc của TMR1................................................................................50

Hình 2.26: Cấu trúc của timer 2...............................................................................51
Hình 2.27: Sơ đồ khối PWM.....................................................................................54
Hình 2.28: Sơ đồ chân CM8870................................................................................56
Hình 2.29: Sơ đồ khối bên trong IC MT8870..........................................................58
Hình 3.1: Thực tế mạch thu RF dùng IC PT2272...................................................62
Hình 3.2: Sơ đồ khối cảm biến cháy.........................................................................63
Hình 3.3: Liên kết linh kiện cảm biến khói..............................................................63
Hình 3.4: Sơ đồ tổng quát của cảm biến cắt tia.......................................................64
Hình 3.5: Sơ đồ tổng quát của mạch phát hồng ngoại............................................65
Hình 3.6: Sơ đồ tổng quát của mạch thu hồng ngoại và phát RF...........................65
Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý cảm biến chuyễn động...................................................65
Hình 3.8: Sơ đồ tổng quát của khối cảm biến chuyển động....................................66
Hình 3.9: Hình thực tế của khối cảm biến chuyển động.........................................66
Hình 3.10: Hình thực tế của cảm biến chuyển động................................................67
Hình 3.11: Hình minh họa cảm biến mở cửa...........................................................67
Hình 3.12: Hình minh họa 1 trong 4 công tắc của IC CD4066...............................68


Hình 3.13: Sơ đồ khối điều khiển phím điện thoại..................................................68
Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý Role...............................................................................69
Hình 3.15: Sơ đồ các chân IC ULN 2803..................................................................69
Hình 3.16: Sơ đồ khối điều khiển các thiết bị..........................................................70
Hình 3.17: Giản đồ quá trình thu ISD1420..............................................................73
Hình 3.18: Giản đồ quá trình phát ISD1420............................................................73
Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống...................................................................................77
Hình 4.2: Mạch thu phát DTMF...............................................................................78
Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý mạch relay......................................................................79
Hình 4.4: Sơ đồ board mạch relay............................................................................79
Hình 4.5: Hình thực tế khối Role đóng ngắt thiết bị...............................................80
Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý khối phát ngữ âm..........................................................80

Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm......................................................82
Hình 4.8: Sơ đồ board mạch xử lý trung tâm..........................................................83
Hình 4.9: Hình thực tế khối xử lý trung tâm...........................................................83
Hình 4.10: Sơ đồ nguyên lý kết nối điện thoại.........................................................84
Hình 4.11: Hình thực tế khối điện thoại di động kết nối với IC CD4066...............84
Hình 4.12: Nguyên lý mạch thu hồng ngoại 9149....................................................85
Hình 4.13: Sơ đồ board mạch thu hồng ngoại BL9149...........................................85
Hình 4.14: Nguyên lý mạch phát hồng ngoại BL9148.............................................86
Hình 4.15: Sơ đồ board mạch phát hồng ngoại BL9148.........................................86
Hình 4.16: Hình thực tế khối cảm biến cắt tia ( bộ phát và bộ nhận)....................87
Hình 4.17: Sơ đồ nguyên lý mạch phát cho cảm biến cháy.....................................87
Hình 4.18: Sơ đồ board mạch phát cho cảm biến cháy...........................................87
Hình 4.19: Hình thực tế khối cảm biến cháy...........................................................88
Hình 4.20: Sơ đồ nguyên lý mạch phát cho cảm biến chuyển động.......................88
Hình 4.21: Board mạch phát cho cảm biến chuyển động.......................................88
Hình 4.22: Hình thực tế khối cảm biến chuyển động..............................................89
Hình 4.23: Sơ đồ nguyên lý mạch phát cho cảm biến mở cửa................................89
Hình 4.24: Board mạch phát cho cảm biến mở cửa................................................89
Hình 4.25: Hình thực tế cảm biến mở cửa...............................................................90
Hình 4.26: Hình thực tế remote RF và mạch thu RF..............................................90
Hình 4.27: Lưu đồ giải thuật toàn bộ hệ thống........................................................92


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1: Chức năng của chân PIC..........................................................................44
Bảng 2.2: Tóm tắt chức năng đa hợp của Port........................................................48
Bảng 2.3: Ý nghĩa các chân của IC CM8870...........................................................57
Bảng 2.4: Bảng quan hệ phím số và mã nhị phân tại ngõ ra..................................58
Bảng 3.1: Bảng giá trị điện trở dao động.................................................................62

Bảng 3.2: Bảng các Mode hoạt động của ISD1420..................................................71
Bảng 4.1: Bảng hai nhóm tần số DTMF...................................................................78
Bảng 4.2: Các câu ghi âm dùng để phát câu thông báo..........................................81


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài.
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ, vượt bậc của khoa học kỹ thuật, kỹ thuật
điện tử, vi điện tử cùng với sự bùng nổ của ngành công nghệ thông tin và công nghệ
viễn thông. Đặc biệt, trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của hệ thống
mạng Internet, tin học…, ngành Cơ Điện Tử đã phát triển tạo ra bước ngoặc quan
trọng trong hoạt động thực tiễn cũng như trong công nghệ….
Công nghệ luôn ra đời phục vụ cho nhu cầu lợi ích của con người. Nhằm hướng
tới cuộc sống hoàn thiện và tiện nghi hơn.
Tâm trạng người chủ khi đi vắng nhà, họ luôn lo lắng không biết tình trạng hiện
tại ngôi nhà, cơ quan, kho bãi, xí nghiệp… của họ đang trong tình trạng như thế nào?
Có gì trục trặc không? Làm sao có thể điều khiển, quan sát với một khoảng cách xa
như hàng Km?
Để trả lời cho những câu hỏi trên, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài: “
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẢNH BÁO TỰ ĐỘNG
TRONG NHÀ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG”. Hệ thống này là một mô hình nhỏ,
cơ bản khởi đầu cho những mô hình lớn hơn và quy mô hơn. Mở rộng ra là những nhà
máy, cơ quan, xí nghiệp… người dùng có thể ở bất cứ nơi đâu, vẫn có thể biết được
tình trạng thiết bị đang hoạt động, và có thể tương tác trực tiếp lại thiết bị .
Với đề tài này, nhóm chúng em tiến hành thực hiện đề tài theo hướng: Thiết kế và
thi công hệ thống cảnh báo cảnh báo tự động va điều khiển thiết bị thông qua điện
thoại di động. Hệ thống này chia làm hai vùng:
+ Vùng 1(ngoài vùng RF): người dùng có thể nhận được cảnh báo tình trạng từng
vị trÍ ngôi nhà, có thể tương tác lại bằng bàn phím điện thoại.

+ Vùng 2(trong vùng RF): người dùng đang ở nhà, nhận trực tiếp cảnh báo qua
hệ thống loa. Và tương tác lại với hệ thống qua Remote RF.
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu đời sống càng cao, dần đi đến hướng tự động
hóa. Tốn ít thời gian, kinh tế mà chất lượng mang lại hiệu quả thiết thực.
Mô hình thi công là hệ thống nhỏ mang tính mở đầu cho những ứng dụng thực tế,
sử dụng giao thức truyền không dây. Điều này thuận lợi cho việc thi công cũng như
thay thế, bổ sung…
Ứng dụng cho nhiều môi trường khác nhau. Mở ra một hướng đi cho sự tiện nghi
và gần gũi với người dùng ở hiện tại cũng như tương lai.
1.3 Mục đích nghiên cứu của đề tài.
An ninh cho ngôi nhà là vấn đề được quan tâm hàng đầu, nhất là khi không có
người ở nhà để trực tiếp giám sát. Do đó, đề tài “ Nghiên cứu thiết và chế tạo hệ thống
cảnh báo tự động trong nhà qua điện thoại di động ” được ra đời vói mục đích giúp
người chủ nhà có thể giám sát, bảo vệ an toàn ngôi nhà của mình cũng như các vật
dụng trong ngôi nhà tại chỗ hoặc từ một khoảng cách xa thông qua việc sử dụng điện
thoại di động.
Đề tài sẽ giúp:
+ Phá vỡ được những hạn chế về mặt khoảng cách.
+ Có thể điều khiển được bất kỳ nơi nào nếu nơi đó có mạng điện thoại
+ Có thể điều khiển được thiết bị tai chỗ bằng Remote RF, phím nhấn.
+ Có thể biết được trạng thái hoạt động của các thiết bị ở xa qua phản hồi bằng
âm thanh.
Ngoài ra, đề tài là một cơ hội tốt để người thực hiện tự kiểm tra lại kiến thức của
mình, đồng thời có cơ hội để nỗ lực, vận động tìm hiểu, tiếp cận nghiên cứu được
những vấn đề chưa biết, chưa hiểu rõ, nhằm trang bị lại cho bản thân nhiều kiến thức
bổ ích sau này, có thể ứng dụng vào thực tế cuộc sống.

Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Một số hệ thống đã có trên thế giới.
2.1.1 Hệ thống chống trộm.

Hình 2.1: Sơ đồ hoạt động – báo chống trộm.
 Ưu điểm.
- Chủ động phòng ngừa và hạn chế tới mức thấp nhất những rủi ro do đột nhập
trái phép hoặc trộm cắp xảy ra.


- Phát hiện sớm và kịp thời những nguy hiểm xảy ra do cháy, xâm nhập bất hợp
pháp… để kịp thời hỗ trợ cho công tác PCCC và bảo vệ.
- Có thể yên tâm khi có người già và trẻ em ở nhà.
- Có thể vắng nhà một thời gian dài mà không phải lo âu về ngôi nhà và tài sản.
 Nhược điểm.
- Chi phí lắp đặt, giá thành cao.
- Các cảm biến rất nhạy nên nhiều lúc báo sai hoặc gây ra sự ồn ào.
- Các cảm biến chưa nhận diện được người hay vật khi nằm trong vùng hoạt
động của cảm biến.
- Dây kết nối giữa các thiết bị rắc rối, phức tạp.
- Sẽ bị ngắt kết nối đến chủ nhân của ngôi nhà khi đường dây điện thoại bị cắt.
2.1.2 Hệ thống an ninh.

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống an ninh.
 Ưu điểm.
- Hệ thống an ninh của I-SOLUTIONS được tích hợp khả năng kết nối với hệ
thống thoại, mạng di động GSM, Internet và khả năng tương tác cảnh báo, xua đuổi kẻ

đột nhập tại chỗ như : hú còi, điều khiển hệ thống chiếu sáng, điều khiển hệ thống âm
thanh, ghi hình kẻ đột nhập .v.v.
- Hệ thống an ninh được hỗ trợ thiết bị kết nối với hệ thống di động GSM. Thiết
bị này tự động chuyển kết nối sử dụng mạng di động GSM trong trường hợp đường
dây điện thoại trong nhà bị cắt.
- Hệ thống an ninh được tích hợp hệ thống tự động quay số và cảnh báo bằng
giọng nói thông qua hệ thống thoại.
- Các cảm biến khi được cài đặt địa chỉ và đặt tên theo khu vực sử dụng sẽ luôn
được hệ thống kiểm soát.
- Các cảm biến chuyển động cho phép người dùng cài đặt chế độ hoạt động.
- Hệ thống an ninh cho phép người dùng thiết lập các chế độ hoạt động khác
nhau phù hợp với từng hoàn cảnh cụ thể.
- Bộ điều khiển trung tâm cung cấp kết nối với đường dây điện thoại và sóng di
động GSM.
- Người dùng thiết lập chế độ an ninh và kiểm tra trạng thái của từng khu vực từ
Internet, PDA, Smartphone, màn hình cảm ứng.
 Nhược điểm.
- Giá thành cao.
- Công tác lắp đặt và vận hành phức tạp.
- Khi mất điện thì hệ thống mất tác dụng.
- Phải sử dụng máy vi tính và hệ thống mạng dẫn đến chi phí tốn kém.
2.2 Giới hạn của đề tài.
Đề tài được khảo sát, nghiên cứu với nhiều chức năng, phương thức điều khiển.
Tuy nhiên, với thời gian thực hiện, lượng kiến thức và khả năng có hạn, hệ thống cảnh
báo tự động qua điện thoại di động chỉ được thực hiện với các nội dung như sau:
+ Dùng vi điều khiển làm bộ phận xử lý trung tâm.


+ Hệ thống thực hiện chức năng điều khiển thiết bị tắt mở.

+ Chỉ nghiên cứu nguyên lý làm việc của hệ thống tổng đài, máy điện thoại để
làm dữ liệu thiết kế.
+ Sử dụng IC chuyên dụng ISD 1420 cho việc thông báo trạng thái hoạt động của
thiết bị.
+ Chưa khắc phục được hiện tượng chồng sóng khi nhiều thiết bị cùng phát một
lúc, làm cho hệ thống không thể nhận biết được thiết bị nào đang phát tín hiệu tới.
+ Chỉ mua những sản phẩm có sẵn trên thị trường, ví du như: Cảm biến cháy,
cảm biến người, bộ thu phát dùng cặp IC PT2262 & PT2272, kết hợp lại, điều chế và
set data cho từng cảm biến, tạo ra sản phẩm riêng biệt.
+ Hệ thống thực hiện chức năng báo trộm, báo cháy… tất cả đều truyền không
dây.
+ Không tập trung nghiên cứu sâu vào cấu tạo cũng như cách thức hoạt động của
tổng đài và máy điện thoại.
+ Phương thức điều khiển bằng Remote RF ở đây chỉ sử dụng Remote RF có sẵn
ngoài thị trường dùng IC phát PT2262, kết hợp set phần cứng theo suy nghĩ riêng.
Nhằm tạo ra sản phẩm không trùng lặp.
2.3 Đối tượng nghiên cứu.
Lý thuyết điều khiển từ xa, các thông số về tổng đài và kỹ thuật thu Tone DTMF,
các nguồn tài liệu trên mạng, các hệ thống cảnh báo tự động có sẵn đã được tiến hành
nghiên cứu và phát triển.
2.4 Lý thuyết về điều khiển từ xa.
2.4.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển từ xa.
Hệ thống điều khiển từ xa là một hệ thống cho phép ta điều khiển các thiết bị từ
một khoảng cách xa. Ví dụ hệ thống điều khiển bằng vô tuyến, hệ thống điều khiển từ
xa bằng tia hồng ngoại, hệ thống điều khiển từ xa hữu tuyến bằng cáp quang dây dẫn.


Sơ đồ kết cấu của hệ thống điều khiển từ xa bao gồm:

Thiết bị phát

Đường truyền

Thiết bị thu

Hình 2.3: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa.
- Thiết bị phát: biến đổi lệnh điều khiển thành tin tức tín hiệu và phát đi.
- Đường truyền: đưa tín hiệu điều khiển từ thiết bị phát đến thiết bị thu.
- Thiết bị thu: nhận tín hiệu điều khiển từ đường truyền, qua quá trình biến đổi,
biến dịch để tái hiện lại lệnh điều khiển rồi đưa đến các thiết bị thi hành.
 Nhiệm vụ cơ bản của thiết bị điều khiển từ xa.
- Phát tín hiệu điều khiển.
- Sản sinh ra xung hoặc hình các xung cần thiết
- Tổng hợp xung thành mã.
- Phát các tổ hợp mã đến điểm chấp hành.
- Ở điểm chấp hành (thiết bị thu) sau khi nhận được mã phải biến đổi các mã
nhận được thành các lệnh điều khiển và đưa đến các thiết bị, đồng thời kiểm tra sự
chính xác của mã mới nhận.
2.4.1.1 Một số vấn đề cơ bản trong điều khiển từ xa.
Do hệ thống điều khiển từ xa có những đường truyền dẫn xa nên ta cần phải
nghiên cứu về kết cấu hệ thống để đảm bảo tín hiệu được truyền đi chính xác và nhanh
chóng theo yêu cầu sau:
2.4.1.2 Kết cấu tin tức.
Trong hệ thống điều khiển từ xa, độ tin cậy truyền dẫn tin tức có quan hệ rất nhiều
đến kết cấu tin tức. Nội dung và kết cấu tin tức có hai phần: Về lượng và về chất. Về
lượng có cách biến lượng điều khiển thành từng loại xung gì cho phù hợp, và những
xung đó cần áp dụng những phương pháp nào để hợp thành tin tức, để có dung lượng
lớn nhất và tốc độ truyền dẫn nhanh nhất.

2.4.1.3 Về kết cấu hệ thống.
Để đảm bảo các yêu cầu về kết cấu tin tức, hệ thống điều khiển từ xa có các yêu
cầu sau:
- Tốc độ làm việc nhanh.
- Thiết bị phải an toàn, tin cậy.
- Kết cấu phải đơn giản.
Hệ thống điều khiển từ xa có hiệu quả cao là hệ thống đạt tốc độ điều khiển cực
đại, đồng thời đảm bảo độ chính xác trong phạm vi cho phép.
2.4.1.4 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển từ xa.

Tín hiệu
điều khiển
Điều chế

Khuếch
đại phát

Tín hiệu
sóng mang
Hình 2.4: Sơ đồ khối máy phát.

Khuếch đại
thu

Giải điều
chế

Khuếch đại

Chấp hành

Hình 2.5: Sơ đồ khối máy thu
2.4.1.5 Các phương pháp mã hóa trong điều khiển từ xa.
Trong hệ thống truyền thông tin rời rạc hoặc truyền thông tin liên tục nhưng đã
được rời rạc hóa tin tức thường được biến đổi thông qua một phép biến đổi thàng số
(thường là số nhị phân) rồi mã hóa và được phát đi từ máy phát. Ở máy thu, tín hiệu


phải thông qua các phép biến đổi ngược lại với các phép biến đổi trên: giải mã, liên tục
hóa…
Sự mã hóa tín hiệu điều khiển nhằm tăng tính hữ hiệu và độ tin cậy của hệ thống
điểu khiển từ xa, nghĩa là tăng tốc độ truyền và khả năng chống nhiễu.
Trong điều khiển từ xa ta thường dùng mã nhị phân tương ứng với hệ, gồm có hai
phần tử [0] và [1].
Do yêu cầu về độ chính xác cao trong các tín hiệu điều khiển được truyền đi để
chống nhiễu ta dùng loại mã phát hiện và sửa sai.
Mã phát hiện và sửa sai thuộc loại mã đồng đều bao gồm các loại mã: mã phát hiện
sai, mã sửa sai, mã phát hiện và sửa sai.
Dạng sai nhầm của các mã được truyền đi tùy thuộc tính chất của kênh truyền,
chúng có thể phân thành loại:
+ Sai độc lập: Trong quá trình truyền, do nhiều tác động, một hoặc nhiều ký hiệu
trong các tổ hợp mã có thể bị sai nhầm, nhưng những sai nhầm đó không liên quan
nhau.
+ Sai tương quan: Được gây ra bởi nhiều nhiễu tương quan, chúng hay xảy ra
trong từng chùm, cụm ký hiệu kế cận nhau.
+ Sự lựa chọn của cấu trúc mã chống nhiễu phải dựa trên tính chất phân bố xác
suất sai nhầm trong kênh truyền.
+ Hiện nay lý thuyết mã hóa phát triển rất nhanh, nhiều loại mã phát hiện và sửa sai
được nghiên cứu như: mã Hamming, mã chu kỳ, mã nhiều cấp.
2.4.1.6 Các phương pháp điều chế tín hiệu trong điều khiển từ xa.

Trong kỹ thuật điều khiển từ xa, tín hiệu không thể truyền đi xa được, đồng thời dễ
bị tín hiệu ngoài môi trường gây nhiễu, làm sai lệch nội dung của tín hiệu gốc. Do
đó,để thực hiện việc truyền tín hiệu điều khiển từ máy phát đến máy thu ta cần phải
điều chế ( mã hóa) tín hiệu.


Có nhiều phương pháp điều chế tín hiệu. Tuy nhiên, điều chế tín hiệu dạng xung
có nhiều ưu điểm hơn. Vì ở đây chúng ta sử dụng linh kiện kỹ thuật số nên linh kện
gọn nhệ, công suất tiêu tán nhỏ và có tính chống nhiễu cao.
 Các phương pháp điều chế tín hiệu ở dạng xung như.
+ Điều chế biên độ xung (PAM).
+ Điều chế độ rộng xung ( PWM).
+ Điều chế vị trí xung ( PPM).
+ Điều chế mã xung (PCM).
+ Kỹ thuật điều chế tín hiệu bằng xung lưỡng âm ta tần DTMF ( Multi Dual Tone
Frequency).

Hình 2.6: Các kiểu điều chế xung
2.4.1.7 Điều chế biên độ xung ( PAM ).
 Sơ đồ khối.


Tín hiệu điều chế

Dao động đa
hài trạng thái
bền.

Bộ phát xung
Hình 2.7: Hệ thống điều chế PAM

Điều chế biên độ xung là dạng điều chế đơn giản nhất trong các dạng điều chế
xung. Biên độ của mỗi xung được tạo ra tỉ lệ với biên độ tức thời của tín hiệu điều chế.
Xung lớn nhất biểu thị cho biên độ dương của tín hiệu lấy mẫu lớn nhất.
 Giải thích sơ đồ khối
+ Khối tín hiệu điều chế: Tạo ra tín hiệu điều chế đưa vào khối dao động đa hài.
+ Khối dao động đa hài một trạng thái bền: Trộn xung với tín hiệu điều chế.
+ Bộ phát xung: Phát xung với tần số không đổi để thực hiện việc điều chế tín
hiệu đã điều chế có biên độ tăng giảm thay đổi theo tín hiệu điều chế.
2.4.1.8 Điều chế độ rộng xung.
Phương pháp điều chế này sẽ tạo ra các xung có biên độ không đổi, nhưng bề rộng
của mỗi xúng sẽ thay đổi tương ứng với biên độ tức thời của tín hiệu điều chế . Trong
cách điều chế này, xung có độ rộng lớn nhất biểu thị phần biên độ dương lớn nhất của
tín hiệu điều chế. Xung có độ rộng hẹp nhất biểu thị phần biên độ âm nhất của tín hiệu
điều chế.
Trong điều chế độ rộng xung, tín hiệu cần lấy mẫu phải được chuyển đổi thành
dạng xung có độ rộng xung tỉ lệ với biên độ tín hiệu lấy mẫu. Để thực hiện điều chế độ
rộng xung, ta có thể thực hiện theo sơ đồ khối sau:


Tín hiệu điều chế

So sánh
Bộ phát hàm
RAMP
Hình 2.8: Sơ đồ khối hê thống PWM.
Trong sơ đồ khối, tín hiệu điều chế được đưa đến khối so sánh điện áp cùng với tín
hiệu phát ra từ bộ phát hàm RAMP.
2.4.1.9 Điều chế vị trí xung (PPM).
Với phương pháp điều chế vị trí xung thì các các xung được điều chế có biên độ
và độ rộng xung không thay đổi theo biên độ của tín hiệu điều chế.

Hình thức đơn giản của điều chế vị trí xung là quá trình điều chế độ rộng xung. Điều
chế vị trí xung có ưu điểm là sử dụng ít năng lượng hơn điều chế độ rộng xung nhưng
có nhược điểm là quá trình giải điều biến ở máy thu phức tạp hơn các dạng điều chế
khác.
2.4.1.10 Điều chế mã xung.
Phương pháp điều chế mã xung được xem là phương pháp chính xác và hiệu quả
nhất trong các phương pháp điều chế xung.
Trong điều chế mã xung, mỗi biên độ của tín hiệu điều chế được biến đổi bằng số
nhị phân – số nhị phân này được biểu thị bằng nhóm xung, sự hiện diện của một xung
biểu thị bằng mức [1] và sự thiếu đi một xung biểu thị bằng mức [0]. Chỉ có thể biểu
thị trên 16 biên độ khác nhau của biên độ tín hiệu (mã 4 bit), vì vậy nó không được
chính xác. Độ chính xác có thể được cải thiện bằng cách tăng số bit. Mỗi mã n bit có
thể biểu thị được 2n mức riêng biệt của tín hiệu.


Trong phương pháp điều chế mã xung, tần số thử được quyết định bởi tín hiệu cao
nhất trong quá trình xử lý, điều này cho thấy rằng nếu những mẫu thử được lấy ở mức
lớn hơn hai lần tần số tín hiệu thì tần số tín hiệu được phục hồi.
Tuy nhiên, trong thực tế thông thường mẫu thử ở mức độ nhỏ nhất khoảng mười
lần so với tín hiệu lớn nhất. Vì vậy, tần số càng cao thì thời gian lấy mẫu càng nhỏ
(mức lấy mẫu càng ít), dẫn đến linh kiện chuyể mạch có tốc độ xử lý cao. Ngược lại,
nếu sử dụng tần số lấy mẫu thấp thời gian lấy mẫu càng rộng nhưng độ chính xác
không cao. Thông thường người ta chỉ sử dụng khoảng mười lần tín hiệu nhỏ nhất.
2.4.1.11 Kỹ thuật điều chế tín hiệu bằng xung DTMF.
Đây là phương pháp điều chế tín hiệu đặc trưng cho đường truyền tín hiệu thoại,
dựa trên dãy tần số tín hiệu của âm thanh.
Qua quá trình nghiên cứu, người ta thấy rằng năng lượng tiếng nói con người chỉ
tập trung lớn nhất trong khoảng tần số từ 500 – 2000 Hz và người ta hoàn toàn nghe
rõ, còn trong khoảng tần số khác năng lượng không đáng kể. Song băng tần càng mở
rộng thì tiếng nói càng trung thực, chất lượng âm thanh càng cao. Đối với điện thoại

chủ yếu là yêu cầu nghe rõ, còn mức độ trung thực của tiếng nói chỉ cần đạt đếm một
mức độ nhất định. Mặt khác, trong thông tin điện thoại nếu truyền cả băng tần tiếng
nói thì yêu cầu của chất lượng của linh kiện, thiết bị như ống nói, ống nghe, biến áp…
phải cao hơn.Đặc biệt với thông tin nhiều kênh, nếu truyền cả băng tần tiếng nói thì sẽ
ghép được ít kênh và thiết bị đầu cuối, các trạm lập phải có yêu cầu kỹ thuật cao hơn.
Cho nên băng tần truyền dẫn của điện thoại hiện nay được chọn từ 300 đến 3400 Hz,
gọi là băng tần truyền dẫn hiệu dụng của điện thoại.
Hệ thống DTMF đang phát triển và đã trở thành phổ biến trong hệ thống điện
thoại hiện đại hiện nay. Hệ thống này còn gọi là hệ thống Touch – Tone, hệ thống được
hình thành vào năm 1960 nhưng mãi đến năm 1970 mới được phát triển rộng rãi. Hệ
thống DTMF giờ đây trở thành chuẩn thay thế cho hệ thống xung kiểu cũ.


DTMF ( Dual Tone Multi Frequency) là tổng hợp của hai âm thanh. Nhưng điểm
đặc biệt của hai âm này là không cùng âm. Nghĩa là, tần số của hai âm thanh này
không có cùng ước số chung với âm thanh kia.
Ví dụ như: 750 và 500 thì có cùng ước số chung là 250 ( 750 = 250 x 3, 500 = 250
x 2 ), vì vậy 750 và 500 là hai thanh cùng âm, không thể kết hợp thành tín hiệu
DTMF.
Lợi điểm của việc sử dụng tín hiệu DTMF trong điện thoại là chống được nhiễu
tín hiệu, do đó tổng đài có thể biết chính xác phím nào đã được nhấn. Ngoài ra, nó còn
giúp cho người sử dụng điện thoại thuận tiện hơn. Ngày nay, hầu hết các hệ thống điện
thoại đều sử dụng tín hiệu DTMF. Bàn phím chuẩn của loại điện thoại này có dạng ma
trận chữ nhật gồm có ba cột và bốn hàng, tạo nên tổng cộng là mười hai phím nhấn:
mười phím chữ số (0 – 9 ), hai phím đặc biệt là ‘*’ và ‘ # ’. Mỗi một hàng trên bàn
phím được gán cho một tần số tone thấp, mỗi cột được gán cho tần số tone cao. Mỗi
một phím sẽ có tín hiệu DTMF riêng mà được tổng hợp bởi hai tần số tương ứng với
hàng và cột mà phím đó đang đứng. Những tần số này đã được chọn lựa rất cẩn thận.

Hình 2.9: Bàn phím chuẩn 12 phím DTMF

Ngày nay, để tăng khả năng sử dụng của điện thoại người ta phát triển thêm một cột
nữa cho bàn phím điện thoại chuẩn tạo nên bàn phím ma trận 4x4. Tần số DTMF được
chọn kỹ để ở tổng đài có lẫn với những âm hiệu khác có thể xuất hiện trên đường dây.