giám sát và cảnh báo các thiết bị trong nông nghiệp từ xa qua tin nhắn SMS

LỜI CẢM ƠN
Trong thời đại hiện nay, với sự phát triển vượt bậc của các ngành khoa
học kỹ thuật cùng với nền công nghiệp của nước ta đang trên đà phát triển. Để
theo kịp với nền công nghiệp hiện đại của thế giới, chúng ta phải học hỏi
nghiên cứu và tiếp thu những thành tựu khoa học kỹ thuật của các nước tiên
tiến. Muốn đạt được những thành tựu đó chúng ta phải trang bị cho mình một
vốn kiến thức vô cùng lớn bằng cách cố gắng học tập và tìm hiểu thêm một số
kiến thức mới. Trong quá trình học tập và rèn luyện tại trường Học Viện Nông
Nghiệp Việt Nam, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của các
thầy cô trong trường, đặc biệt là các thầy cô giáo khoa Cơ- Điện. Các thầy cô đã
trang bị cho em những kiến thức cơ bản về chuyên ngành làm hành trang cho
em vững bước về sau. Với lòng cảm ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn Ban
giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Cơ- Điện, các thầy cô đã giảng dạy,
hướng dẫn em trong suốt quá trình học tập tại trường .
Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Th.S Nguyễn Thúy
Huyền và thầy giáo Lại Văn Song những người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn
em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành khóa luận .
Sinh viên thực hiện
Hoàng Đức Dần

i


MỤC LỤC
1.2. Cấu trúc của 1 tin nhắn................................................................................................................6

ii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 Bảng thực nghiệm kiểm tra cảm biến đo nhiệt độ.........Error: Reference

source not found
Bảng 3.2 Bảng thực nghiệm kiểm tra cảm biến đo độ ẩm Error: Reference source
not found
Bảng 3.3 Bảng thực nghiệm kiểm tra cảm biến ánh sáng. Error: Reference source
not found
Bảng 3.4 Bảng số liệu nhắn tin điều khiển động cơ....Error: Reference source not
found
Bảng 3.5 Bảng số liệu nhắn tin điều khiển quạt thông gió..........Error: Reference
source not found
Bảng 3.6 Bảng số liệu nhắn tin điều khiển quạt thông gióError: Reference source
not found

iii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Anh Bùi Ngọc Minh Tâm và cách trồng rau sạch của gia đình......Error:
Reference source not found
Hình 1.2 Anh Tâm phải mất 2 năm để sáng chế ra phương pháp tưới rau sạch
bằng điện thoại di động giúp mọi người trồng rau sạch....Error: Reference source
not found
Hình 1.3 Gửi tin nhắn bằng mã code................Error: Reference source not found
Hình 2.1 Sơ đồ mô tả ý tưởng thiêt kế..............Error: Reference source not found
Hình 2.2 Các thiết bị đi kèm module SIM508.............Error: Reference source not found
Hình 2.3 Mạch điều khiển trên thực tế.............Error: Reference source not found
Hình 2.4 Sơ đồ chân của pic 16F877A.............Error: Reference source not found
Hình 2.5 ảnh thực tế cảm biến quang trở.......Error: Reference source not found
Hình 2.6 hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của cảm biến nhiệt LM35.........Error:
Reference source not found
Hình 2.7 Cảm biến đo độ ẩm trong đất..........Error: Reference source not found

Hình 2.8 Module RFID 4 relay 5V...................Error: Reference source not found
Hình 2.9 Động cơ 12V......................................Error: Reference source not found
Hình 2.10 Quạt tản nhiệt 12V...........................Error: Reference source not found
Hình 2.11 Bóng đèn đèn led SG-40..................Error: Reference source not found
Hình 2.12 Mạch điều khiển thực tế..................Error: Reference source not found
Hình 2.13 Mạch điều khiển và nạp cho pic 16F877A.Error: Reference source not
found
Hình 2.14 Quá trình lập trình,biên dịch và nạp chương trình cho PIC..........Error:
Reference source not found

iv


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 ... Do đó là một sinh viên chuyên ngành điện,
chúng ta phải biết nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp
phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự
phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng. Bên cạnh đó còn là sự thúc đẩy sự phát
triển của nền kinh tế nước nhà. Điều khiển thiết bị điện từ xa thông qua hệ
thống thông tin liên lạc là sự kết hợp giữa các ngành Điện - Điện tử và Viễn
thông, sự phối hợp ứng dụng vi điều khiển hiện đại và hệ thống thông tin
liên lạc đã hình thành một hướng nghiên cứu và phát triển không nhỏ trong
khoa học kỹ thuật
Qua những phương tiện thông tin đại chúng,và cũng có một số lần
được tham quan thực tế được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá
trình sản xuất. Thêm vào đó, ngày nay hệ thống mạng điện thoại di động và
các thiết bị điện thoại di động ngày càng được phổ biến trong cuộc sống.

Cùng với đó là nhu cầu cuộc sống ngày càng tăng. Từ đó em đã hình thành,
nảy sinh một ý tưởng về việc giám sát và cảnh báo thiết bị tự động trong nhà
lưới,ứng dụng trong nông nghiệp thông qua tin nhắn SMS.
Như chúng ta cũng đã biết, gần như các thiết bị tự động trong nhà máy,
trong đời sống của các gia đình ngày nay đều hoạt động độc lập với nhau,
mỗi thiết bị có một quy trình sử dụng khác nhau tuỳ thuộc vào sự thiết lập,
cài đặt của người sử dụng.Chúng chưa có một sự liên kết nào với nhau về
mặt dữ liệu. Nhưng đối với hệ thống giám sát và cảnh báo thiết bị từ xa
thông qua tin nhắn SMS thì lại khác. Ở đây, các thiết bị điều khiển tự động
được kết nối với nhau thành một hệ thống hoàn chỉnh qua một một thiết bị
trung tâm và có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu.
1


Điển hình của một hệ thống là việc giám sát các thiết bị trong nhà lưới
hay các thiết bị điện trong nhà từ xa thông qua tin nhắn SMS gồm có các
thiết bị đơn giản như bóng đèn, quạt máy, lò sưởi đến các thiết bị tinh vi,
phức tạp như tivi, máy giặt, hệ thống báo động … Nó hoạt động như một
ngôi nhà thông minh. Nghĩa là tất cả các thiết bị này có thể giao tiếp với
nhau về mặt dữ liệu thông qua một đầu não trung tâm. Đầu não trung tâm ở
đây có thể là một máy vi 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 bị
trong ngồi nhà này có thể được điều khiển và giám sát 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 chủ nhà
trong một khoảng thời gian nhất định. Còn khi có chuyện gì đó xảy ra ra đối
với ngôi nhà mang tính khẩn cấp như cháy chẳng hạn. Lúc này, ngôi nhà sẽ
tự động phát hiện ra hỏa hoạn nhờ vào các cảm biến thì lập tức dữ liệu đó sẽ
được gởi đến hệ thống điều khiển trung tâm. Khi hệ thống trung tâm đã xử lý

xong dữ liệu thì nó sẽ lập tức ra lệnh điều khiển đóng tất cả các đường ống
dẫn khí, tắt hết các thiết bị đang hoạt động trong ngồi nhà này và báo động
gửi tin nhắn cho người chủ nhà,những số điện thoại được cài đặt sẵn và có
thể tự động gọi điện báo cho lực lượng phòng cháy chữa cháy. Ngoài ra, hệ
thống còn mang tính bảo mật. Nghĩa là chỉ có chủ nhà hay người biết mật
khẩu của ngôi nhà thì mới điều khiển được ngôi nhà này.
Từ những yêu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống,
cộng với sự hợp tác, phát triển mạnh mẽ của mạng di động nên chúng tôi đã
chọn đề tài “giám sát và cảnh báo các thiết bị trong nông nghiệp từ xa qua tin
nhắn SMS " để đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của con người và góp
phần vào sự tiến bộ, văn minh, hiện đại của nước nhà.

2


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1.

Giới thiệu về quy trình công nghệ SMS
SMS là từ viết tắt của Short Message Service. Đó là một công nghệ

cho phép gửi và nhận các tín nhắn giữa các điện thoại với nhau. SMS xuất
hiện đầu tiên ở Châu âu vào năm 1992. Ở thời điểm đó, nó bao gồm cả các
chuẩn về GSM (Global System for Mobile Communications). Một thời gian
sau đó, nó phát triển sang công nghệ wireless như CDMA và TDMA. Các
chuẩn GSM và SMS có nguồn gốc phát triển bởi ETSI. ETSI là chữ viết tắt
của European Telecommunications Standards Institute. Ngày nay thì 3GPP
(Third Generation Partnership Project) đang giữ vai trò kiểm soát về sự phát
triển và duy trì các chuẩn GSM và SMS.
Như đã nói ở trên về tên đầy đủ của SMS là Short Message Service, từ

cụm từ đó, có thể thấy được là dữ liệu có thể được lưu giữ bởi một tin nhắn
SMS là rất giới hạn. Một tin nhắn SMS có thể chứa tối đa là 140 byte (1120
bit) dữ liệu. Vì vậy, một tin nhắn SMS chỉ có thể chứa :
+ 160 kí tự nếu như mã hóa kí tự 7 bit được sử dụng (mã hóa kí tự 7 bit
thì phù hợp với mã hóa các lí tự latin chẳng hạn như các lí tự alphabet của
tiếng Anh).
+ 70 kí tự nếu như mã hóa kí tự 16 bit Unicode UCS2 được sử dụng
(các tin nhắn SMS không chứa các kí tự latin như kí tự chữ Trung Quốc phải
sử dụng mã hóa kí tự 16 bit).
Tin nhắn SMS dạng text hỗ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau. Nó có thể
hoạt động tốt với nhiều ngôn ngữ mà có hỗ trợ mã Unicode , bao gồm cả
Arabic, Trung Quốc,Nhật bản và Hàn Quốc.
Bên cạnh gữi tin nhắn dạng text thì tin nhắn SMS còn có thể mang các
dữ liệu dạng binary. Nó còn cho phép gửi nhạc chuông, hình ảnh cùng nhiều
tiện ích khác … tới một điện thoại khác.
3


Một trong những ưu điểm nổi trội của SMS đó là nó được hỗ trợ bởi
các điện thoại có sử dụng GSM hoàn toàn. Hầu hết tất cả các tiện ích cộng
thêm gồm cả dịch vụ gửi tin nhắn giá rẻ được cung cấp, sử dụng thông qua
sóng mang wireless. Không giống như SMS, các công nghệ mobile như WAP
và mobile Java thì không được hỗ trợ trên nhiều model điện thoại.
Sử dụng tin nhắn SMS ngày càng phát triển và trở lên rộng khắp :
- Các tin nhắn SMS có thể được gửi và đọc tại bất kỳ thời điểm nào.
Ngày nay, hầu hết mọi người đều có điện thoại di động của riêng mình và
mang nó theo người hầu như cả ngày. Với một điện thoại di động , bạn có thể
gửi và đọc các tin nhắn SMS bất cứ lúc nào bạn muốn, sẽ không gặp khó
khăn gì khi bạn đang ở trong văn phòng hay trên xe bus hay ở nhà…
- Tin nhắn SMS có thể được gửi tới các điện thoại mà tắt nguồn.

Nếu như không chắc cho một cuộc gọi nào đó thì bạn có thể gửi một
tin nhắn SMS đến bạn của bạn thậm chí khi người đó tắt nguồn máy điện
thoại trong lúc bạn gửi tin nhắn đó. Hệ thống SMS của mạng điện thoại sẽ
lưu trữ tin nhắn đó rồi sau đó gửi nó tới người bạn đó khi điện thoại của
người bạn này mở nguồn.
-Các tin nhắn SMS ít gây phiền phức trong khi bạn vẫn có thể giữ liên
lạc với người khác Việc đọc và viết các tin nhắn SMS không gây ra ồn ào.
Trong khi đó, bạn phải chạy ra ngoài khỏi rạp hát, thự viện hay một nơi nào
đó để thực hiện một cuộc điện thoại hay trả lời một cuộc gọi. Bạn không cần
phải làm như vậy nếu như tin nhắn SMS được sử dụng.
-Các điện thoại di động và chúng có thể được thay đổi giữa các sóng
mang Wireless khác nhau.
Tin nhắn SMS là một công nghệ rất thành công và trưởng thành. Tất cả
các điện thoại mobile ngày nay đều có hỗ trợ nó. Bạn không chỉ có thể trao
đổi các tin nhắn SMS đối với người sử dụng mobile ở cùng một nhà cung cấp

4


dịch vụ mạng sóng mạng wireless, mà đồng thời bạn cũng có thể trao đổi nó
với người sử dụng khác ở các nhà cung cấp dịch vụ khác.
- SMS là một công nghệ phù hợp với các ứng dụng Wireless sử dụng
cùng với nó. Nói như vậy là do:
*Thứ nhất, tin nhắn SMS được hỗ trợ 100% bởi các điện thoại có sử
dụng công nghệ GSM. Xây dựng các ứng dụng wireless trên nền công nghệ
SMS có thể phát huy tối đa những ứng dụng có thể dành cho người sử dụng.
*Thứ hai, các tin nhắn SMS còn tương thích với việc mang các dữ liệu
binary bên cạnh gửi các text. Nó có thể được sử dụng để gửi nhạc chuông,
hình ảnh, hoạt họa …
*Thứ ba, tin nhắn SMS hỗ trợ việc tri trả các dịch vụ trực tuyến. Nghĩa

là nó cho phép thực hiện việc chi trả các dịch vụ trực tuyến một cách thuận
lợi. Ví dụ như, bạn muốn phát triển một ứng dụng download nhạc chuông
mang tính thương mại và thu phí sử dụng từ người sử dụng cho mỗi lần
download nhạc chuông đó. Một cách rất thuận lợi để thực thi ứng dụng này
đó là sử dụng một số điện thoại từ nhà cung cấp mạng có khả năng tri trả
ngược lại tới tiện ích này thông qua việc sử dụng một song mang wireless.
Và để có thể tải nhạc chuông này người sử dụng phải soạn một tin nhắn có
nội dụng cũng như cấu trúc tin nhắn được qui định bởi nhà cung cấp dịch vụ
và gửi tin nhắn này tới một số điện thoại đã được tích hợp sẵn chức năng tri
trả trực tuyến mà người phát triển ứng dụng xây dựng. Ứng dụng SMS mà
bạn sử dụng sau đó sẽ gửi trả lại cho bạn một hay nhiều tin nhắn SMS có
kèm theo cả nhạc chuông (chẳng hạn) và thông báo chi phí phải trả cho việc
sử dụng ứng dụng đó. Chi phí này sẽ gồm cả chi phí sử dụng dịch vụ hàng
tháng của điện thoại di động này hay là được khấu trừ từ thẻ card dùng di
động của bạn. Nó tùy thuộc vào thỏa thuận giữa bạn và người phát triển ứng
dụng đó.

5


1.2. Cấu trúc của 1 tin nhắn
Nội dung của một tin nhắn SMS khi được gửi đi sẽ được chia làm 5
phần như sau:
Message body
Intructions to SIM (optional)
Instructions to handset
Instructions to SMSC
Instructions to air interface

+Instructions to air interface: Chỉ thị dữ liệu kết nối với air interface

(giao diện không khí).
+Instructions to SMSC: Chỉ thị dữ liệu kết nối với trung tâm tin nhắn
SMSC (Short Message Service Centre).
+Instructions to handset: Chỉ thị dữ liệu kết nối bắt tay.
+Instructions to SIM (optional) : Chỉ thị dữ liệu kết nối, nhận biết SIM
(Subscriber Identity Modules).
+Message body: Nội dung tin nhắn SMS.
1.3. Tin nhắn chuỗi-tin nhắn SMS dài:
Một trong những trở ngại của công nghệ SMS là tin nhắn SMS chỉ có
thể mang một lượng giới hạn các dữ liệu. Để khắc phục trở ngại này, một mở
rộng của nó gọi là SMS chuỗi (hay SMS dài) đã ra đời. Một tin nhắn SMS
dạng text dài có thể chứa nhiều hơn 160 kí tự theo chuẩn dùng trong tiếng
Anh. Cơ cấu hoạt động cơ bản SMS chuỗi làm việc như sau: điện thoại di
động của người gửi sẽ chia tin nhắn dài ra thành nhiều phần nhỏ và sau đó
gửi các phần nhỏ này như một tin nhắn SMS đơn. Khi các tin nhắn SMS này
đã được gửi tới đích hoàn toàn thì nó sẽ được kết hợp lại với nhau trên máy
di động của người nhận.

6


Khó khăn của SMS chuỗi là nó ít được hỗ trợ nhiều so với SMS ở các
thiết bị có sử dụng sóng wireless.
1.4. SMS CENTER/SMSC
Một SMS Center (SMSC) là nơi chịu trách nhiệm luân chuyển các hoạt
động liên quan tới SMS của một mạng wireless. Khi một tin nhắn SMS được
gửi đi từ một điện thoại di động thì trước tiên nó sẽ được gửi tới một trung
tâm SMS. Sau đó, trung tâm SMS này sẽ chuyển tin nhắn này tới đích (người
nhận). Một tin nhắn SMS có thể phải đi qua nhiều hơn một thực thể mạng
(netwok) (chẳng hạn như SMSC và SMS gateway) trước khi đi tới đích thực

sự của nó. Nhiệm vụ duy nhất của một SMSC là luân chuyển các tin nhắn
SMS và điều chỉnh quá trình này cho đúng với chu trình của nó. Nếu như
máy điện thoại của người nhận không ở trạng thái nhận (bật nguồn) trong lúc
gửi thì SMSC sẽ lưu trữ tin nhắn này. Và khi máy điện thoại của người nhận
mở nguồn thì nó sẽ gửi tin nhắn này tới người nhận.
Thường thì một SMSC sẽ họat động một cách chuyên dụng để chuyển
lưu thông SMS của một mạng wireless. Hệ thống vận hành mạng luôn luôn
quản lí SMSC của riêng nó và vị trí của chúng bên trong hệ thống mạng
wireless. Tuy nhiên hệ thống vận hành mạng sẽ sử dụng một SMSC thứ ba có
vị trí bên ngoài của hệ thống mạng wireless.
Bạn phải biết địa chỉ SMSC của hệ thống vận hành mạng wireless để
sử dụng, tinh chỉnh chức năng tin nhắn SMS trên điện thoại của bạn. Điển
hình một địa chỉ SMSC là một số điện thoại thông thường ở hình thức,
khuôn mẫu quốc tế. Một điện thoại nên có một thực đơn chọn lựa để cấu hình
địa chỉ SMSC. Thông thường thì địa chỉ được điều chỉnh lại trong thẻ SIM
bởi hệ thống mạng wireless. Điều này có nghĩa là bạn không cần phải làm bất
cứ thay đổi nào cả.

7


1.5. Nhắn tin SMS quốc tế
Các tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành được chia ra làm hai hạng
mục gồm tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành cục bộ và tin nhắn SMS giữa
các nhà điều hành quốc tế với nhau. Tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành
cục bộ là tin nhắn mà được gửi giữa các nhà điều hành trog cùng một quốc
gia còn tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành quốc tế là tin nhắn SMS được
gửi giữa các nhà điều hành mạng wireless ở những quốc gia khác nhau.
Thường thì chi phí để gửi một tin nhắn SMS quốc tế thì cao hơn so với gửi
trong nước. Và chi phí gửi tin nhắn trong nội mạng thì ít hơn so với gửi cho

mạng khác trong cùng một quốc gia.
Khả năng kết hợp của tin nhắn SMS giữa hai mạng wireless cục bộ hay thậm
chí là quốc tế là một nhân tố chính góp phần tới sự phát triển mạnh mẽ của
hệ thống SMS toàn cầu.
1.6. Ứng dụng của thiết bị trong và ngoài nước
1.6.1 Ứng dụng trong nước
-Ở trong nước thì đề tài này cũng không còn xa lạ gì,được rất nhiều các
bạn sinh viên ưa thích và chọn làm đề tài,ngoài thực tế đề tài được ứng dụng
khá là rộng rãi không chỉ trong công nghiệp các dây truyền sản xuất hiện đại
mà ngày nay nó đã và đang được ứng dụng nhiều hơn trong nền nông nghiệp
của nước nhà.
Dưới đây là một ví dụ điển hình về việc ứng dụng tin nhắn điện thoại
để điều khiển hệ thống tưới cây trong nông nghiệp.
Bằng cách soạn tin nhắn thông thường, nội dung là mã code và gửi tới
hộp điều khiển, sau 10 giây, các béc nước bắt đầu hoạt động. Dó là sáng kiến
tưới rau bằng nhắn tin điện thoại độc nhất của anh Bùi Ngọc Minh Tâm ở
TP.HCM giúp trồng rau sạch tại nhà.
Hệ thống tưới rau qua điện thoại di động

8


Mới bước vào nghề trồng rau sạch được khoảng 2 năm nay nhưng
anh nông dân Bùi Ngọc Minh Tâm (SN 1978) - hội viên nông dân phường An
Lạc, quận Bình Tân, TP.HCM, khiến nhiều người nể phục với sáng kiến độc
nhất của mình. Anh dùng điện thoại di động (ĐTDĐ) để điều khiển tưới rau,
giúp tiết kiệm được nhân công lao động.
Tốt nghiệp đại học năm 1996 với chuyên ngành tự động hóa của Trường
Đại học Bách khoa TP.HCM, anh Minh Tâm đi làm cho nhiều công ty nước
ngoài chuyên ngành tự động hóa và chế biến thức ăn thủy sản với mức lương vài

chục triệu đồng/tháng - con số khiến nhiều người mơ ước. Tuy nhiên, anh lại bỏ
nghề và về làm nông dân bất chấp bạn bè, người thân khuyên nhủ.

Hình 1.1 Anh Bùi Ngọc Minh Tâm và cách trồng rau sạch của gia đình
Chỉ với điện thoại thông thường, người dùng soạn tin nhắn, nội dung
là mã code và gửi tới hộp điều khiển. Sau 10 giây, hộp điều khiển sẽ báo mở, các
béc nước bắt đầu hoạt động...
Sáng chế này đã mang lại hiệu quả tuyệt vời cho người nông dân, nhất là
nông dân đô thị: Dù ở đâu, bất kỳ lúc nào chỉ cần thông qua sóng điện thoại, người
nông dân có thể thực hiện công việc tưới rau của mình. Theo ông Vũ Anh Tuấn, Tổng
Thư ký Hội Tin học TP.HCM, hiện nay, trong nước đã sử dụng phổ biến loại hẹn giờ
hay điều khiển các thiết bị dựa trên máy tính với mạng Internet.

9


Những thiết bị tự động này nhiều khi làm hao điện, lãng phí nguồn nước
bởi điều kiện tự nhiên của Việt Nam lúc nắng, lúc mưa. Bên cạnh đó, giá thành
của các dạng này của tương đối cao. Sáng chế mới - Tưới rau bằng điện thoại là
một giải pháp thiết thực và phù hợp với khả năng với người nông dân.

Hình 1.2 Anh Tâm phải mất 2 năm để sáng chế ra phương pháp tưới rau sạch
bằng điện thoại di động giúp mọi người trồng rau sạch
Theo anh Tâm, phải mất hơn 2 năm để nghiên cứu thành công hệ thống
tưới rau bằng ĐTDĐ và chính thức đưa vào áp dụng trong vườn rau của gia đình
từ năm 2013. Thiết kế của hệ thống này bao gồm một tủ điều khiển với 2 chế độ
là điều khiển bằng tay và bằng ĐTDĐ.
Trong đó, nếu điều khiển bằng tay nông dân chỉ cần bấm nút là có thể
bơm được. Còn khi không ở nhà nông dân muốn tưới rau thì có thể tưới bằng
cách soạn tin nhắn theo cú pháp rồi gửi yêu cầu, tủ điều khiển sẽ phản hồi lại và

thực hiện thao tác tưới rau như yêu cầu của tin nhắn.
“Với thiết bị này, cho dù tôi có đi xa hàng ngàn cây số thì vẫn có thể tưới
vườn rau của gia đình được. Muốn tưới rau trong thời gian bao lâu, vào giờ
nào mình có thể thực hiện được chỉ bằng một tin nhắn” - anh Tâm cho hay.
10


Nói về hiệu quả của thiết bị anh Tâm cho biết, thiết bị giúp ích rất nhiều
trong sản xuất, cụ thể là là tiết kiệm được nhân công lao động. Anh dẫn chứng
để tưới một vườn rau rộng khoảng 1ha, phải sử dụng nhiều lao động và làm mất
cả buổi, nhưng với thiết bị điều khiển tưới rau bằng ĐTDĐ thì chỉ cần khoảng
chục phút. Riêng vườn rau nhà anh với tổng diện tích hơn 2.000m2 hiện nhờ
ứng dụng hệ thống tưới này nên không mất nhân công để tưới rau.

Hình 1.3 Gửi tin nhắn bằng mã code
Trình diễn tưới rau bằng thiết bị sáng chế của mình, anh Tâm chỉ cần sử
dụng điện thoại soạn tin nhắn và gửi đến bộ điều khiển. Khi đồng hồ điểm sang
giây thứ 10 kể từ lúc gửi tin đi, cũng là lúc điện thoại anh Tâm reo lên, báo hiệu
tin nhắn từ hộp điều khiển là môtơ nước đã được khởi động.
Ngay tức thì từ trên cao các béc nước bắt đầu phun xối xả xuống vườn
rau. Chỉ trong vài phút nhiều loại rau: xà lách, mồng tơi, tía tô... ướt đẫm từ gốc
đến ngọn. Sau vài phút nhận thấy vườn đủ nước, anh Tâm gửi tin nhắn với ký tự
“off”, 10 giây sau các béc đồng loạt ngừng phun nước.
Mặc dù thiết bị này mang lại nhiều tiện ích như vậy nhưng theo anh Tâm chi
phí để làm ra nó chỉ khoảng 6 triệu đồng/cái. Nếu như nông dân có nhu cầu anh sẵn

11


sàng hỗ trợ lắp đặt.(trích dẫn theo />Chính vì lý do trên đặc biết là việc góp sức chế tạo và hướng dẫn người

nông dân sử dụng hệ thống hiệu quả đúng cách,và giảm được chi phí lắp đặt phù
hợp với hoàn cảnh và túi tiền của người dân lao động nên đây cũng là động lực
giúp em hoàn thành đề tài này.
1.6.2. Ứng dụng ngoài nước
-Hiện nay trên thế giới, việc sử dụng tin nhắn SMS để điều khiển thiết
bị từ xa không còn là vấn đề mới mẻ nữa vì được nghiên cứu và đã được áp
dụng vào thực tế trong các nhà máy xí nghiệp. Kỹ thuật này được ra đời vào
cuối tháng 8 năm 2000,khi đó có đến 6.3 triệu GSM được sử dụng tại south
Africa. Theo thống kê thì tổng số người dung GSM dự đoán đến năm 2005 là
11 triệu người chỉ tính riêng ở south Africa. Hiện tại có 49 mạng GSM tại
Africa với sự phát triển mạnh mẽ hơn nữa trong tương lai. Kỹ thuật GSM có
khả năng truyền tín hiệu wireless với phạm vi rất rộng lớn và đảm bảo độ tin
cậy cao. Chính vì vậy, người dùng có thể gửi tin nhắn SMS để điều khiển từ
xa mang lại kết quả cao. Người dùng có thể sử dụng điện thoại di động của
mình (bất cứ loại hoặc thương hiệu nào) để theo dõi và kiểm soát những ứng
dụng trong công nghiệp và nông nghiệp. Những hệ thống điều khiển bởi
SMS thì chỉ cần thông qua gửi nhận SMS. Điều này có nghĩa là việc điều
khiển có phạm vi rất xa. Hệ thống SMS được thiết kế để điều khiển những
thiết bị và ứng dụng.

12


CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Yêu cầu thiết kế mô hình hệ thống
2.1.1. Ý tưởng thực hiện đồ án
Nhà lưới:

Bộ vi điều khiển pic
16F877A

Bao gồm: cảm biến nhiệt độ,
cảm biến độ ẩm, cảm biến ánh

Cơ cấu chấp
hành

sáng.

Điện thoại

Modul sim 900a

Hình 2.1 Sơ đồ mô tả ý tưởng thiêt kế.
-Ý tưởng của đồ án này là em muốn dùng điện thoại di động để gửi tin
nhắn để điều khiển các cơ cấu chấp hành trong nhà lưới mà không cần sự tác
động trực tiếp của con người.
2.1.2. Yêu cầu hoạt động
Mô hình gồm 5 khối.
+ Thứ nhất là khối nhà lưới bao gồm các cảm biên như là nhiết độ, cảm
biến độ ẩm, cảm biến ánh sáng có nhiệm vụ phát hiện, gửi tín hiệu đưa ra cảnh
báo các thông số đã đặt ban đầu có bị vi phạm hay không.
+ Thứ hai là khối vi điều khiển pic 16F877A khối này có chức năng xử lý
tín hiệu từ modul sim gửi tới để tác động điều khiển các cơ cấu chấp hành. Đồng
thời vi xử lý cũng nhận tín hiệu tương tác từ các cảm biến gửi tới, chuyển thành
thông tin gửi tín hiệu ra cho modul sim.
+ Thứ ba là khối modul sim khối này là khối trung gian giúp vi điều khiển
giao tiếp với điện thoại của người điều khiển. Khi nhận được lệnh tè tin nhắn
13

của người điều khiển modul sim sẽ truyền tín hiệu đến bộ vi xử lý để điều khiển
các cơ cấu chấp hành. Ngược lại khi vi điều khiển muốn truyền cảnh báo hay
các tín hiệu cho người điều khiển thì nó phải truyền qua modul sim trước, sau đó
modul sim sẽ xử lý tín hiệu để gửi tin nhắn cho người điều khiển biết các cảnh
báo hay tín hiệu hay trạng thái hiện tại của hệ thống như thế nào.
+ Thứ tư là điện thoại điều khiển, điện thoại là thiết bị trực tiếp để con
người giao tiếp với modul sim thông qua việc gửi hay nhận tin nhắn từ modul
người điều khiển sẽ dễ dàng điều khiển được hệ thống của mình theo mong
muốn. Sau khi nhận tin nhắn thì modul sim sẽ tương tác và chuyển tín hiệu đến
vi điều khiển để vi điều khiển điều khiển các cơ cấu chấp hành.
+ Cuối cùng là khối cơ cấu chấp hành bao gồm các relay và các thiết bị
khác như động cơ,quạt gió và đèn, các cơ cấu này hoạt động khi nhận được tín
hiệu điều khiển từ các chân của vi điều khiển.
-Các khối này đảm bảo hoạt động chính xác theo một trình tự đã được lập
trình trước phát hiện cảnh báo một cách kịp thời khi các thông số như nhiệt độ,
độ ẩm hay ánh sáng sai lêch ngưỡng người điều khiển cài đặt ban đầu.
-Đồng thời hệ thống có tính năng truy vấn xem sau khi người điều khiển
gửi tin nhắn hệ thống có hoạt động đúng như vậy không bằng cách gửi lại tin
nhắn phản hồi lệnh đã được thực hiện. Ngoài ra về vấn đề bảo mật hệ thống đảm
bảo duy nhất chỉ có số điện thoại của người điều khiển mơi có thể nhận và gửi
tin nhắn cho hệ thống bằng cách mã hóa số điện thoại người điều khiển.
2.2. Đánh giá lựa chọn thiết bị
2.2.1. Module truyền thông di động
Trên thị trường có nhiều loại module sim có thể đáp ứng được yêu cầu
của bài toán như là: Module sim 508, module sim 300cz, module sim 900 và còn
rất nhiều loại module khác nữa.
Giới thiệu sơ qua về từng loại module sim truyền thông.

14

+Module sim 300cz đây là một trong những loại modem GSM nhưng
module sim 300cz được nâng cấp lên cao hơn vào có tốc độ truyền cao hơn. Nó
sử dụng ở công nghệ GSM/GPRS hoạt động ở băng tần EGSM 90Mhz, DCS
1800Mhz và PCS 1900 Mhz tính năng GPRS của sim có nhiều lớp là 8 lớp điện
dung hoạc 10 lớp điện dung.
Đặc điểm module sim 300cz : Nguồn cung cấp từ 3,4-4,5V, có nguồn dự
trữ, băng tần EGSM 90Mhz, DCS 1800Mhz và PCS 1900 Mhz có thể tự động
tìm kiếm các băng tần. Giới hạn nhiệt độ từ -30 oC cho đến 70oC. GPRS dữ liệu
tải xuống max 85,6 Kbps,dữ liệu up lên 42,6Kbps. Và có 60 chân.
+Module sim 900a: Với một giao diện tiêu chuẩn công nghiệp, các
SIM900a cung cấp GSM / GPRS hiệu suất 900 / 1800MHz cho thoại, SMS,
Data, Fax và trong một yếu tố hình thức nhỏ và với mức tiêu thụ điện năng thấp.
Với một cấu hình nhỏ bé của 24mm x 24mm x 3 mm, SIM900A thể phù hợp với
hầu như tất cả các yêu cầu về không gian trong các ứng dụng của bạn, đặc biệt là
cho nhu cầu mỏng và nhỏ gọn của thiết kế.
Các đặc điểm chung
* Dual-Band 900/1800 MHz
* GPRS multi-slot class 10/8
* GPRS trạm di động lớp B
* Tương thích với giai đoạn GSM 2/2 +
- Lớp 4 (2 W @ 900 MHz)
- Lớp 1 (1 W @ 1800MHz)
* Kích thước: 24mm x 24mm x 3mm
* Trọng lượng: 3.4g
* Điều khiển qua lệnh AT (GSM 07,07, 07,05 và
SIMCOM tăng cường AT Commands)
* Bộ công cụ ứng dụng SIM
* Dải điện áp cung cấp: 3.1 ... 4.8V

15


* Điện năng tiêu thụ thấp: 1.5 triệu (chế độ ngủ)
* Nhiệt độ hoạt động: -40 ° C đến +85 ° C
Thông số kỹ thuật cho Fax
* Nhóm 3, lớp 1
+Module sim 508: Đây là module GSM/GPRS và GPS của hãng
SIMCOM
Module SIM508 có thể hoạt động với các tần số sau GSM 900 MHz, DCS
1800MHz vàPCS 1900MHz và cũng hỗ trợ kỹ thuật GPS định vị vị trí bằng vệ
tinh.Với kích thước nhỏ 55mm x 34mm x 3.0 mm,module này có thể sử dụng cho các ứng
dụng như Smart phone,PDA phone,thiết bị định vị GPS cầm tay hay điện thoại.Chúng ta có thể
giao tiếp với module thông qua chuẩn đế 80 chân dành riêng chomodule SIM508. Thông qua
đế chuẩn 80 chân này,chúng ta có thể sử dụng module vớicác mục đích :
•Bàn phím,bảng nút nhấn hay SPI LCD.
•Một port giao tiếp nối tiếp dành cho GSM và hai port nối tiếp dành choGPS giúp
cho việc thiết kế và phát triển ứng dụng một cách dễ dàng hơnthông qua việc giao
tiếp bằng tập lệnh AT.
•Bộ sạc cho pin.
•Các ngõ vào ra dành cho chức năng nghe,gọi và xử lý âm thanh.
•Các ngõ vào của bộ chuyển đổi AD.Để sử dụng được module SIM508,cần
phải có các thiết bị đi kèm

16


Hình 2.2 Các thiết bị đi kèm module SIM508
A: Nguồn cung cấp.B: Anten GSM.C: Anten GPS.
D: Cáp kết nối anten với module.E: Tai nghe.F: Cáp giao tiếp nối tiếp.

+ Sau quá trình tìm hiểu và nghiên cứu các tính năng giá cả của các
module truyền thông trên thị trường em quyết địnhchọn module sim 900a để làm
đồ án của mình. Module sim 900a có đầy đủ các chức năng cần thiết được sử
dụng khá phổ biến nên việc tìm mua hay thông tin về sản phẩm cũng tương đối
là đễ dàng, và giá thành cũng không cao rơi vào tầm 500-600 nghìn đồng.
2.2.2 Bộ điều khiển

Hình 2.3 Mạch điều khiển trên thực tế
17


a) Các dòng điều khiển thông dụng trên thị trường hiện nay có rất nhiều
rất đa dạng và có thể đáp ứng rất nhiều yêu cầu và nhiều lĩnh vực. Điển hình như là:
-Dòng điều khiển PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là
thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các
thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có
thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được
kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt
động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. PLC dùng để thay
thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC hoạt động theo phương thức quét
các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ
thay đổi theo. Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic.
Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như:
Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, GeneralElectric, Omron, Honeywell
Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên
ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục "lặp"
trong chương trình do "người sử dụng lập ra" chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín
hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.
Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều
khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:

•

Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.

•

Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.

•

Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp.

•

Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.

•

Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối

mạng, các môi Modul mở rộng.
•

Giá cả cá thể cạnh tranh được.

Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và
các Logic thời gian.Tuy nhiên,bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng
18

nhớ và tính dễ dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả …
Chính điều này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công
nghiệp. Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh
đếm, định thời, thanh ghi dịch … sau đó là các chức năng làm toán trên các máy
lớn … Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số
lượng I / O nhiều hơn.
Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá
trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện
sẽ được xác định bởi một chương trình. Chương trình này được nạp sẵn vào bộ
nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này. Như
vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của qui trình công nghệ, ta chỉ
cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC. Việc thay đổi hay mở rộng
chức năng sẽ được thực hiện một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp
vật lý nào so với sử dụng các bộ dây nối hay Relay.
Nguyên lý hoạt động của PLC
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm
tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh
trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được
phát tới các thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều
phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường
tín hiệu song song:
•

Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau.

•

Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu.

•

Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và

điểu khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.

19


Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra
thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm
cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.
Nếu một modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ
chuyển tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của
8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ
liệu từ Data bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu
trình hoạt động của PLC. Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương
ứng trong một thời gian hạn chế.
Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ
và I/O. Bên cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1¸8 MHZ.
Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định
thời, đồng hồ của hệ thống.
Bộ nhớ
PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp: Làm bộ định thời cho
các kênh trạng thái I/O. Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như
định thời, đếm, ghi các Relay.
Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị
trí trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ.
Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi
xử lý. Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp

theo. Với một địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đầu ra,
quá trình này được gọi là quá trình đọc.
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch
này có khả năng chứa 2.000 - 16.000 dòng lệnh, tùy theo loại vi mạch. Trong
PLC các bộ nhớ như RAM, EPROM đều được sử dụng.
•

RAM (Random Access Memory) có thể nạp chương trình, thay đổi hay

xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện
20


nuôi bị mất. Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, có
khả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong
thực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình. Khuynh hướng
hiện nay dùng CMOS-RAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn.
•

EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ

mà người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được.
Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó được gắn sẵn trong máy,
đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu người sử dụng không
muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC. Trên PG
(Programer) có sẵn chỗ ghi và xóa EPROM.
•

EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)

liên kết với những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định. Nội dung
của nó có thể được xóa và lập trình lại, tuy nhiên số lần lưu sửa nội dung là có
giới hạn.
•

Môi trường ghi dữ liệu thứ tư là đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sử dụng

trong máy lập trình. Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được
dùng để lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài.
Kích thước bộ nhớ:
•

Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 -1.000 dòng lệnh tùy vào công

nghệ chế tạo.
•

Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K - 16K, có khả năng chứa từ

2.000 -16.000 dòng lệnh.
Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM, EPROM.
Các ngõ vào ra I/O
Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul (các đầu vào
của PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra (các đầu ra của
PLC). Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là
12/24VDC hoặc 100/240VAC. Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển
21