ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển từ xa qua mạng Internet và GSM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU
KHIỂN TỪ XA QUA MẠNG INTERNET VÀ GSM

GVHD:

LÊ NGỌC HỒ NGUYÊN

SVTH

MSSV

1.PHAN PHƯỚC LONG

06117038

2.VÕ HỒNG HOAN

06117027

TP.HCM THÁNG 01 NĂM 2011

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU
KHIỂN TỪ XA QUA MẠNG INTERNET VÀ GSM

GVHD:

LÊ NGỌC HỒ NGUYÊN

SVTH

MSSV

1.PHAN PHƯỚC LONG

06117038

2.VÕ HỒNG HOAN

06117027

TP.HCM THÁNG 01 NĂM 2011


ĐỀ TÀI ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: Lê Ngọc Hồ Nguyên

Cán bộ chấm phản biện:

................................
................................

Đồ án tốt nghiệp được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM, ngày .......
tháng ..... năm 2011


TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC


QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
Họ và tên sinh viên:

Ngành:
Tên đề tài:

Phan Phước Long
MSSV: 06117038
Võ Hồng Hoan
MSSV: 06117027
Công Nghệ Điện Tử Viễn Thông
Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển từ xa qua mạng
Internet và GSM

1) Cơ sở ban đầu:
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
2) Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
3) Các bản vẽ:
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
.......................................................................................................................
4) Giáo viên hướng dẫn:
5) Ngày giao nhiệm vụ:
6) Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

Giáo viên hướng dẫn

Ngày ......... tháng .... năm 2011
Chủ nhiệm bộ môn


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................

.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
Ngày ..... tháng .... năm 2011
Giáo viên hướng dẫn


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................

.............................................................................................................................
Ngày ....... tháng .... năm 2011
Giáo viên phản biện


LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, sự
phát triển mang tính cách mạng của khoa học kỹ thuật và công nghệ
đã làm thay đổi bộ mặt nền sản xuất và xã hội nước ta. Trong đó sự
phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực điện tử, công nghệ thông tin và
viễn thông đóng một vai trò quan trọng.
Hiện nay, với sự phát triển nhanh chóng của hệ thống mạng viễn
thông cả về chất và lẫn về lượng, rất nhiều các thiết bị dân dụng và
thiết bị sản suất đã ứng dụng thành công các tính năng và dịch vụ của
mạng viễn thông vào việc điều khiển từ xa.
Dựa trên tài nguyên công nghệ sẵn có, các ứng dụng điều khiển
thiết bị từ xa thông qua mạng viễn thông đã ra đời và ngày càng trở
nên phổ biến. Hệ thống này ngày càng hoàn thiện, không phụ thuộc
vào khoảng cách, độ tin cậy cao. Xuất phát từ thực tiễn này, nhóm
thực hiện đã quyết định chọn đề tài: “ THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM
SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA QUA MẠNG INTERNET VÀ
GSM”.
Cuốn đồ án gồm 2 nội dung quan trọng:
+ Lý thuyết về mạng di động GSM, tin nhắn SMS, giao thức
TCP/IP, giao tiếp USB
+ Thiết kế thi công: giới thiệu linh kiện, phân tích mạch, kết
luận.
Mặc dù nhóm thực hiện đề tài đã nỗ lực rất nhiều để hoàn thành
đồ án, song thời gian thực hiện đề tài có hạn, kiến thức còn hạn chế

nên nội dung không thể trách khỏi sai sót. Rất mong nhận được những
ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn sinh viên để đồ án tốt
nghiệp này được hoàn thiện.
Xin chân thành cảm ơn !
Nhóm thực hiện
1. Phan Phước Long
2. Võ Hồng Hoan


LỜI CẢM ƠN


Trải qua hơn bốn năm học tập dưới mái Trường Đại học Sư
Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, đã cung cấp cho chúng em những kiến
thức về khoa học kỹ thuật chuyên ngành và trên hết là hun đúc trong
chúng em ngọn lửa đam mê khoa học, rèn luyện chúng em một nghị
lực vững vàng trong hành trang vào đời.
Lời đầu tiên, nhóm thực hiện đồ án xin được gửi lòng biết ơn
chân thành đến Ban Giám Hiệu, quý thầy cô trong trường và đặc biệt
là quý thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử, đã trực tiếp giảng dạy, chỉ
dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em trong quá
trình học tập vừa qua.
Nhóm thực hiện cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy Lê Ngọc Hồ
Nguyên đã tận tình hướng dẫn và động viên chúng em để hoàn thành
tốt đồ án này.
Ngoài ra, nhóm thực hiện cũng chân thành cảm ơn tất cả bạn bè
và người thân giúp đỡ cả về vật chất và tinh thần giúp nhóm thực hiện
hoàn thành đồ án đúng thời gian quy định.

Nhóm thực hiện

1. Phan Phước Long
2. Võ Hồng Hoan


MỤC LỤC
TRANG
CHƯƠNG 1 DẪN NHẬP ............................................................................................ 9
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ.................................................................................................... 9
1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI ............................................................... 10
1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ................................................................. 10
1.4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ............................................................................. 10
1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................................... 11
1.6 KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU ............................................................................ 11
1.7 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ........................................................ 12
CHƯƠNG 2 SƠ LƯỢC HỆ THỐNG GSM ............................................................... 14
2.1 CÁC THÀNH PHẦN MẠNG GSM ................................................................. 14
2.1.1 CẤU HÌNH CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM .. 14
2.1.2 CHỨC NĂNG CỦA CÁC KHỐI ............................................................... 15
2.2 BĂNG TẦN SỬ DỤNG TRONG GSM ........................................................... 19
2.2.1 GSM 900 .................................................................................................... 19
2.2.2 GSM 1800 .................................................................................................. 20
2.2.3 GSM 1900 .................................................................................................. 21
2.3 CÁC THỦ TỤC TRONG GSM ........................................................................ 21
2.3.1 CẬP NHẬT VỊ TRÍ ................................................................................... 21
2.3.2 THỦ TỤC TÌM GỌI .................................................................................. 25
2.3.3 THỦ TỤC KHỞI XƯỚNG CUỘC GỌI ..................................................... 25
2.3.4 THỦ TỤC NHẬN CUỘC GỌI................................................................... 26
2.3.5 CHUYỂN GIAO (HANDOVER) ............................................................... 27
2.4 MÔ TẢ QUÁ TRÌNH THIẾT LẬP CUỘC GỌI TRONG MẠNG GSM .......... 28
2.4.1 TRẠM DI DỘNG MS THỰC HIỆN CUỘC GỌI....................................... 28

2.4.2 MS NHẬN CUỘC GỌI .............................................................................. 30
CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VỀ TIN NHẮN SMS .................................................... 33
3.1 GIỚI THIỆU VỀ SMS ..................................................................................... 33
3.2 TIN NHẮN SMS CHUỖI/ TIN NHẮN SMS DÀI ........................................... 33
3.3 ĐIỀU GÌ LÀM CHO TIN NHẮN SMS TRỞ LÊN RỘNG KHẮP ................... 34
3.4 SMS CENTRE/SMSC ...................................................................................... 35


3.5 NHẮN TIN SMS QUỐC TẾ ............................................................................ 35
3.6 SMS GATEWAY ............................................................................................. 36
3.7 MÃ NGUỒN MỞ VÀ PHẦN MỀM SMS GATEWAY ................................... 38
CHƯƠNG 4 BỘ GIAO THỨC TCP/IP ..................................................................... 39
4.1 GIỚI THIỆU .................................................................................................... 39
4.2 TỔNG QUÁT VỀ TCP/IP ................................................................................ 39
4.2.1.TẦNG GIAO DIỆN MẠNG (NETWORK INTERFACE LAYER)............ 39
4.2.2 TẦNG LIÊN MẠNG (INTERNET LAYER) ............................................. 40
4.2.3 TẦNG GIAO VẬN (TRANSPORT LAYER) ............................................ 40
4.2.4 TẦNG ỨNG DỤNG (APPLICATION LAYER) ........................................ 40
4.3 ĐỊA CHỈ IP ...................................................................................................... 41
4.4 ĐỊA CHỈ IP PUBLIC VÀ ĐỊA CHỈ IP PRIVATE............................................ 43
4.4.1 ĐỊA CHỈ IP PUBLIC ................................................................................. 43
4.4.2 ĐỊA CHỈ IP PRIVATE ............................................................................... 43
4.5 LỚP ĐỊA CHỈ .................................................................................................. 44
4.6 SUBNET MASK .............................................................................................. 46
4.7 DEFAULT GATEWAY ................................................................................... 47
4.8 CHIA SUBNET................................................................................................ 47
4.9 SUPERNETTING ............................................................................................ 49
4.10 CIDR (CLASSLES INTER-DOMAIN ROUTING) – ĐỊNH TUYẾN LIÊN
VÙNG KHÔNG PHÂN LỚP ................................................................................. 50
4.11 VARIABLE LENGTH SUNET MASKS (SUBNET MASKS CÓ CHIỀU DÀI

THAY ĐỔI) ........................................................................................................... 51
4.12 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA GIAO THỨC TCP/IP VÀ INTERNET .. 55
4.12.1 ĐỊA CHỈ VẬT LÝ HAY CÒN GỌI LÀ ĐỊA CHỈ MAC .......................... 59
4.12.2 SAP .......................................................................................................... 60
4.12.3 ĐỊA CHỈ MẠNG( NETWORK ADDRESS) ............................................ 60
4.12.4 PROTOCOL ID........................................................................................ 62
4.12.5 PORT ....................................................................................................... 62
4.12.6 USERNAME ............................................................................................ 62
4.13 CÁCH MỞ PORT CHO MODEM ................................................................. 66
CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG..................................................................... 70


5.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ....................................................................... 70
5.2 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA GSM MODULE ............................................................... 71
5.3 KHỐI ĐIỀU KHIỂN VÀ GIAO TIẾP .............................................................. 72
5.3.1 SƠ ĐỒ KHỐI ............................................................................................. 72
5.3.2 CHIP ARM STM32F103 ............................................................................ 72
5.3.3 KHỐI MAX232 ......................................................................................... 85
5.3.4 KHỐI NGUỒN 5V SỬ DỤNG IC 7805 ..................................................... 86
5.3.5 KHỐI NGUỒN 3.3V SỬ DỤNG IC 1117 .................................................. 87
5.4 KHỐI GSM MODULE SIM300CZ .................................................................. 88
5.4.1 SƠ ĐỒ KHỐI ............................................................................................. 88
5.4.2 KHỐI MODULE SIM300CZ ..................................................................... 88
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN ........................................................................................ 118
6.1 SẢN PHẨM ................................................................................................... 118
6.2 KẾT NỐI VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG .......................................................... 122
6.2.1 SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐỂ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ............................. 122
6.2.2 SỬ DỤNG HỆ THỐNG ĐỂ ĐỊNH VỊ ĐỐI TƯỢNG............................... 125
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 127

LIỆT KÊ HÌNH
Hình 1.Mô hình hệ thống GSM.................................................................................. 14
Hình 2.Hệ thống trạm gốc .......................................................................................... 15
Hình 3.Chức năng của MS ......................................................................................... 16
Hình 4.SIM – CARD ................................................................................................. 17
Hình 5.Giao tiếp giữa SSS và các hệ thống khác ........................................................ 18
Hình 6.Băng tần GSM D900 ..................................................................................... 20
Hình 7.Băng tần hệ thống DSC 1800 ......................................................................... 20
Hình 8.Băng tần GSM 1900 ....................................................................................... 21
Hình 9.Cập nhật vị trí kiểu bình thường ..................................................................... 22
Hình 10.Quá trình rời khỏi mạng ............................................................................... 23
Hình 11.Đăng ký định kỳ ........................................................................................... 24
Hình 12.Cuộc gọi từ mạng cố định kết cuối ở MS (MTC).......................................... 27
Hình 13.Một SMS gateway hoạt động như một relay giữa hai SMSC ........................ 36
Hình 14.Một ứng dụng tin nhắn SMS dạng text kết nối các SMSC không cần SMS
gateway ..................................................................................................................... 37
Hình 15.Một ứng dụng tin nhắn SMS dạng text kết nối các SMSC thông qua một SMS
gateway ..................................................................................................................... 37
Hình 16.Một ứng dụng tin nhắn SMS dạng text kết nối một nhóm các điện thoại (hay
các modem thông qua SMS gateway) ........................................................................ 38
Hình 17.Mô tả khái quát về Bộ giao thức TCP/IP ...................................................... 41
Hình 18.Cấu trúc bit của một địa chỉ IP(V4) .............................................................. 42
Hình 19.Cách đổi số nhị phân sang thập phân ............................................................ 43
Hình 20.Sự khác biệt giữa các lớp IP ......................................................................... 45
Hình 21.Minh họa ưu điểm của chia Subnet............................................................... 48
Hình 22.Supernetting ................................................................................................. 50
Hình 23.Định tuyến liên vùng không phân lớp ........................................................... 50
Hình 24.Subnet mask chiều dài thay đổi .................................................................... 51
Hình 25.Kết cấu vật lý của mạng ............................................................................... 56

Hình 26.Đường đi của mạng ...................................................................................... 57
Hình 27.Hệ thống tên và địa chỉ của mạng Internet .................................................... 59
Hình 28.Địa chỉ IP vật lý ........................................................................................... 60
Hình 29.Sơ đồ DNS ................................................................................................... 61
Hình 30.Gửi 13 byte dữ liệu theo chuẩn TCP............................................................. 64
Hình 31.Dữ liệu thông báo thừa nhận ACK ............................................................... 64
Hình 32.Quá trình kết nối giữa 2 máy trong mạng ..................................................... 65
Hình 33.Đăng nhập modem ....................................................................................... 66
Hình 34.Giao diện Port NAT ..................................................................................... 67
Hình 35.Thay đổi thông số Port NAT ........................................................................ 67
Hình 36.Bỏ chọn Active Firewall............................................................................... 68
Hình 37.Sơ đồ hoạt động tổng quan của hệ thống ...................................................... 70


Hình 38.Sơ đồ khối GSM module .............................................................................. 71
Hình 39.Sơ đồ khối của mạch điều khiển và giao tiếp ................................................ 72
Hình 40.Chip ARM Cortex M3.................................................................................. 72
Hình 41.So sánh bộ nhớ ARM thường và ARM Cortex ............................................. 74
Hình 42.Sơ đồ chân chip STM32F103 ....................................................................... 75
Hình 43.Sơ đồ khối của thiết bị ngoại vi USB............................................................ 76
Hình 44.Độ dài Word lập trình .................................................................................. 82
Hình 45.Cấu hình các bit Stop ................................................................................... 83
Hình 46.Phát hiện bit Start ......................................................................................... 84
Hình 47.Sơ đồ mạch nguyên lý khối MAX232 .......................................................... 85
Hình 48.Sơ đồ chân của IC MAX232 ........................................................................ 86
Hình 49.Sơ đồ mạch nguyên lý nguồn 5V.................................................................. 86
Hình 50.Sơ đồ chân IC 7805 ...................................................................................... 87
Hình 51.Khối nguồn 3.3V sử dụng IC 1117 ............................................................... 87
Hình 52.Sơ đồ khối tổng quan của module GSM ....................................................... 88
Hình 53.Kích thước kỹ thuật của module SIM300CZ ................................................ 91

Hình 54.Vị trí chân kết nối DIP của module SIM300CZ ............................................ 91
Hình 55.Nối chân VBAT cho module Sim300CZ ...................................................... 96
Hình 56.Điện áp VBAT trong quá trình truyền .......................................................... 96
Hình 57.Thời gian mở SIM300CZ ............................................................................. 96
Hình 58.Kết nối giao tiếp nối tiếp .............................................................................. 97
Hình 59.Giao tiếp nâng cấp phần mềm và giao tiếp ................................................... 98
Hình 60.Cấu hình giao tiếp Speaker ........................................................................... 99
Hình 61.Cấu hình giao tiếp Speaker với bộ khuếch đại .............................................. 99
Hình 62.Cấu hình giao tiếp Microphone .................................................................. 100
Hình 63.Cấu hình Buzzer ......................................................................................... 100
Hình 64.Giao tiếp thẻ SIM ....................................................................................... 101
Hình 65.Mạch kết nối LED báo NETLIGHT ........................................................... 101
Hình 66.Thiết lập cấu hình mặc định ....................................................................... 102
Hình 67.Khởi tạo vùng nhớ...................................................................................... 105
Hình 68.Nhận và đọc tin nhắn.................................................................................. 106
Hình 69.Gửi tin nhắn ............................................................................................... 107
Hình 70.Thực hiện cuộc gọi ..................................................................................... 109
Hình 71.Nhận cuộc gọi đến...................................................................................... 111
Hình 72.Khởi tạo vùng nhớ...................................................................................... 112
Hình 73.Thiết lập kết nối GPRS............................................................................... 113
Hình 74.Truyền nhận gói dữ liệu TCP ..................................................................... 114
Hình 75.Hủy bỏ kết nối............................................................................................ 115
Hình 76.Sơ đồ mạch nguyên lý mạch nguồn ............................................................ 116
Hình 77.IC LM2576 ................................................................................................ 117
Hình 78.Layout Kit ARM ........................................................................................ 118


Hình 79.Kit điều khiển - ARM Kit........................................................................... 119
Hình 80.Layout Kit GSM Sim300CZ ...................................................................... 120
Hình 81.Module Sim300CZ ..................................................................................... 121

Hình 82.Giao diện điều khiển của phần mềm SMSCK ............................................. 122
Hình 83.Giao tiếp điều khiển ngoại vi qua cổng USB .............................................. 122
Hình 84.Mô hình điều khiển qua Socket .................................................................. 123
Hình 85.Mô hình điều khiển qua tin nhắn SMS ....................................................... 123
Hình 86.Mô hình hệ thống đầy đủ ............................................................................ 124
Hình 87.Mô hình hệ thống định vị đối tượng ........................................................... 125


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng 1.Kế hoạch thực hiện đề tài............................................................................... 11
Bảng 2.Mô tả sự kết hợp giữa kí hiệu thập phân và kí hiệu khoa học ......................... 42
Bảng 3.Các vùng IP cung cấp cho host ...................................................................... 44
Bảng 4.Mô tả khái quát về các lớp địa chỉ IP ............................................................. 45
Bảng 5.Những Subnet Mask mặc định cho các Lớp mạng ......................................... 46
Bảng 6.Chia Subnet Mask.......................................................................................... 53
Bảng 7.Chia Subnet Mask.......................................................................................... 54
Bảng 8.Chia Subnet Mask.......................................................................................... 54
Bảng 9.Chia Subnet Mask cho các lớp ....................................................................... 55
Bảng 10.Tính năng chủ chốt SIM300CZ .................................................................... 89
Bảng 11.Chức năng chân của module SIM300CZ ...................................................... 92
Bảng 12.Mô tả chân kết nối DIP ................................................................................ 93
Bảng 13.Trạng thái báo hiệu đèn ............................................................................. 101


PHẦN A
GIỚI THIỆU


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP

Trang 9

CHƯƠNG 1 DẪN NHẬP
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ, đặc biệt là sự
bùng nổ trong lĩnh vực Công nghệ thông tin và Viễn thông đã tạo ra bước ngoặc quan
trọng đáp ứng nhu cầu của con người, biến những đòi hỏi tưởng chừng như không
tưởng trước đây thành hiện thực.
Với nhu cầu thông tin ngày càng tăng của con người, mạng viễn thông đã ra đời
để đáp ứng nhu cầu đó. Hiện nay, mạng viễn thông đã trở nên phổ biến trên toàn cầu
và gần gũi với con người, không chỉ đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin đơn thuần
(nghe gọi, nhắn tin) mà chúng càng ngày càng được ứng dụng rộng rãi vào nhiều lĩnh
vực. Với sự phát triển nhanh chóng các dịch vụ và ứng dụng việc thông tin qua mạng
viễn thông ngày tiện lợi, tiết kiệm thời gian, đảm bảo an toàn và tiết kiệm được chi phí
sử dụng. Với chất lượng mạng viễn thông như hiện nay đã tạo điều kiện cho các ứng
dụng về điều khiển từ xa ra đời và càng ngày càng được ứng dụng rộng rãi.
Xã hội loài người phát triển đòi hỏi con người phải hoạt động trong các môi
trường phức tạp và nguy hiểm hơn, khi đó điều khiển từ xa trở nên một yêu cầu tất
yếu. Từ những robot làm việc trong các hầm mỏ, nhà máy điện hạt nhân, dưới đáy đại
dương, robot chiến trường hay các robot khám phá các hành tinh xa xôi đều là các
thành tựu công nghệ về điều khiển từ xa.
Với sự phát triển của mạng Internet và công nghệ robot, ngành y khoa đã thực
hiện được một việc không tưởng đó là “phẫu thuật tim từ xa qua mạng Internet”. Bác
sĩ chuyên gia tim mạch người Mỹ Andre Ng đã thực hiện thành công ca phẫu thuật
tim từ xa đầu tiên của thế giới tại Bệnh viện Glenfield ở Leicester thuộc Vương quốc
Anh. Bằng cách sử dụng thao tác trên bộ điều khiển Remote Catheter được chế tạo bởi
công ty Catheter Robotics ở New Jersey, United States.
Với điều kiện cơ sở vật chất hiện có ở nước ta và nhu cầu thực tế. Thì ứng dụng
điều khiển các thiết bị từ xa qua mạng Internet và mạng điện thoại di động GSM là rất
khả thi. Ứng dụng này sẽ giúp người điều khiển các thể quản lý và điều khiển các thiết

bị một cách nhanh chóng, chính xác, hiệu quả mà không bị giới hạn về khoảng cách
chỉ cần nơi đó có mạng Internet hoặc mạng di động phủ sóng.
Xuất phát từ thực tiễn đó, nhóm thực hiện đề tài đã quyết định nghiên cứu và
thực hiện đề tài “ THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA
QUA MẠNG INTERNET VÀ GSM”
Với đề tài trên nhóm đề tài đã thực hiện việc điều khiển từ xa theo ba hướng
hướng chính:
 Điều khiển trực tiếp qua cáp USB kết nối giữa máy tính có cài phần
mềm ứng dụng SMS Controller Kit và KIT điều khiển. Cho phép điều khiển thiết
bị qua phần mềm với khoản cách ngắn.

CHƯƠNG 1


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP

Trang 10

 Điều khiển Kit điều khiển thông qua Socket mạng Internet/LAN giữa các
máy tính có cài phần mềm SMS Controller Kit.
 Điều khiển thiết bị qua tin nhắn SMS từ bất kỳ thuê bao di động nào.
KIT điều khiển sẽ nhận tin nhắn SMS theo cấu trúc cho trước. Phân tích yêu cầu
điều khiển và thực hiện điều khiển thiết bị.
Ngoài ra hệ thống còn có các chức năng phụ giống như một chiếc di động như
nhận và thực hiện cuộc gọi và nhắn tin.
1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay, đất nước ta đang tiến hành công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước.
Đứng trước bối cảnh bùng nổ khoa học công nghệ hiện nay. Việt Nam đã thực hiện
chủ trương “đi tắc đón đầu” về khoa học công nghệ, tạo tiền đề cho các lĩnh vực khác
phát triển. Và Việt Nam đang trở thành nơi đầy tiềm năng về phát triển khoa học công

nghệ và điện tử. Đặc biệt là nơi phát triển nhanh chóng trong các lĩnh vực Công nghệ
thông tin, điện tử viễn thông và tự động hóa.
Trong lĩnh vực điện tử thì ứng dụng điều khiển từ xa đã khá phổ biến, chẳng
hạn như: điều khiển bằng tia hồng ngoại, sóng vô tuyến, sóng siêu âm ... tuy nhiên
những phương pháp này hạn chế về điều kiện môi trường, địa hình và phạm vi điều
khiển hẹp.
Do đó, đề tài này không những là một yêu cầu từ thực tế khách quan mà có vai
trò đặc biệt quan trọng trong hiện tại và tương lai. Ưu điểm rất dễ nhận thấy của đề tài
là khắc phục các hạn chế về khoảng cách, rất thông dụng dễ dàng thực hiện với các
thiết bị gần gũi với con người, sẽ góp phần tăng hiệu suất thiết bị, giảm tổn hao về thời
gian và chi phí. Đặt biệt là nó rất phù hợp với phong cách làm việc ngày càng hiện đại
và năng động trong thời kỳ khoa học công nghệ hiện nay.
Vì vậy, việc thực hiện đề tài là một nhu cầu hết sức cần thiết và đó cũng là lý do
nhóm thực hiện quyết định chọn đề tài này.
1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Do điều kiện thời gian và kinh phí có hạn, kinh nghiệm và kiến thức còn hạn chế
nên phạm vi đề tài của nhóm thực hiện gồm các nội dung như sau:
- Sử dụng module SIM300CZ để thiết lập giao tiếp với mạng di động GSM và
GPRS.
- Dùng chip ARM STM32F103x làm chip điều khiển thiết bị và giao tiếp với
phần mềm quản lý .
- Sử dụng Socket mạng và tin nhắn để phục vụ cho việc điều khiển từ xa.
1.4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
- Đồ án được nghiên cứu và thực hiện với mục đích áp dụng những kiến thức
đã được học trong nhà trường để thiết kế, tạo ra một hệ thống điều khiển tự động từ xa
bằng tin nhắn SMS và qua mạng Internet hoàn chỉnh.

CHƯƠNG 1

ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP

Trang 11

- Tìm hiều về hệ thống điện thoại di động GSM hiện nay. Nghiên cứu và sử
dụng các module GSM/GPRS phổ biến hiện nay (Ví dụ như các module SIMxxx).
Module nhóm thực hiện nghiên cứu và sử dụng là module SIM300CZ của hãng
SIMCom.
- Nghiên cứu và sử dụng chip vi điều khiển ARM Cortex M3. Chip mà nhóm đã
tiến hành nghiên cứu và sử dụng là chip STM32F103 của hãng STMicroelectronics.
- Nghiên cứu và lập trình socket trên Java. Sản phẩm của nhóm là phần mềm
giao tiếp điều khiển SMS Controller Kit. Có khả năng giao tiếp với KIT điều khiển
qua cổng USB và giao tiếp Socket với máy tính khác qua mạng Internet với chuẩn giao
tiếp TCP/IP.
- Nghiên cứu lập trình Driver cho hệ thống. Mà cụ thể ở đây là lập trình driver
cho cổng USB.
1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
 Phương pháp đọc và nghiên cứu tài liệu: Chủ yếu là các tài liệu có kiến thức
liên hệ đến kỹ thuật điện tử, ngoại vi và vi xử lý, các phương thức giao tiếp.
 Phân tích công trình liên quan.
 Phương pháp thực nghiệm: Kết nối phần cứng (board) giao tiếp USB, Cổng
COM, socket. Dùng module khảo sát đo đạt vị trí sau đó gửi về server qua kết
nối Internet và GPRS
1.6 KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU
Bảng 1: Kế hoạch thực hiện đề tài

Thời gian
STT
Nội dung

Tuần
1,2

Tuần
3,4

Tuần
5,6

Tuần
7,8

Tuần
9,10

Tuần
11,12

X

1

Xác định đề tài

X

2

Thu thập tài liệu

X

3

Đọc phân tích tài
liệu

X

X

X

X

4

Thiết kế và thi công
phần cứng

X

X

X

X

5

Thiết kế phần mềm

X

X

CHƯƠNG 1

X

X


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP

6

Viết đề cương và in
ấn

Trang 12

X

1.7 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Với những mục tiêu và kế hoạch đã đề ra, cùng với sự nỗ lực nghiên cứu, tìm tòi của
các thành viên trong nhóm thực hiện đề tài, nhóm thực hiện đã đạt được những kết quả
nhất định sau:
-

-

-

-

Thiết kế thành công kit giao tiếp module sim300CZ với các tính năng:
+ Nhận và gọi điện thoại thông qua phần mềm điều khiển SMS Controller Kit
giao tiếp với kit điều khiển.
+ Nhận và gửi tin nhắn thông qua phần mềm điều khiển SMS Controller Kit
giao tiếp với kit điều khiển.
Thiết kế thành công kit điều khiển giao tiếp sử dụng chip ARM Cortex M3 với
các tính năng sau:
+ Giao tiếp với phần mềm điều khiển qua cổng USB để gửi nhận và xử lí các
yêu cầu từ phần mềm điều khiển SMS Controller Kit như : điều khiển bật tắt
thiết bị, gọi điện, nhận cuộc gọi, nhận tin nhắn và gửi tin nhắn.
+ Giao tiếp thành công với kit SIM300CZ để nhận cuộc gọi, gọi điện, nhận tin
nhắn và gửi tin nhắn
+ Có khả năng nhận cuộc gọi độc lập mà không cần kết nối đến máy tính và
phần mềm điều khiển
+ Có khả năng điều khiển thiết bị thông qua tin nhắn một cách độc lập mà
không cần kết nối đến máy tính và phần mềm điều khiển
Thiết kế thành công phần mềm điều khiển SMS Controller Kit với các tính
năng:
+ Là một phần mềm cài đặt hoàn chỉnh có thể hoạt động trên các phiên bản
Windows XP,Windows Vista và Windows 7.
+ Giao tiếp với kit điều khiển để gửi các yêu cầu điều khiển thiết bị.
+ Có thể gọi điện, nhắn tin, nhận cuộc gọi và nhận tin nhắn thông qua kết nối
với ngoại vi là kit điều khiển và kit SIM300CZ.
+ Gửi nhận các yêu cầu điều khiển bật tắt thiết bị trên socket mạng cũng như

thông qua tin nhắn SMS.
+ Có khả năng định vị, giám sát toàn cầu các đối tượng và hiển thị lên bản đồ
Google Earth cũng như bản đồ cá nhân. Một hệ thống quản lí xe bus hoàn chỉnh
được chọn để minh họa cho khả năng của phần mềm.
+ Cho phép kiểm tra thông tin tài khoản cũng như kiểm soát thông tin mạng di
động của kit điều khiển.
Ngoài ra, kit điều khiển được thiết kế sẵn sàng cho việc phát triển các ứng dụng
di động ở các đề tài liên quan đến lập trình di động trong tương lai.

CHƯƠNG 1


PHẦN B
NỘI DUNG


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP

Trang 14

CHƯƠNG 2 SƠ LƯỢC HỆ THỐNG GSM
2.1 CÁC THÀNH PHẦN MẠNG GSM
2.1.1 CẤU HÌNH CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

ISDN

PSPDN

SS

AUC

VLR

PSTN

HLR

Hệ thống
chuyển
EIR

MSC

OMS

PLMN
BSS

BSC

Hệ thống trạm gốc

BTS

Truyền dẫn tin
tức

MS

Kết nối cuộc
gọi và truyền
dẫn tin tức

Hình 1.Mô hình hệ thống GSM
Các ký hiệu:
SS (Switching Subsystem ): Hệ thống chuyển mạch
AUC (Authentication Center ): Trung tâm nhận thực
VLR (Visitor Location Register ): Thanh ghi định vị tạm trú
HLR (Home Location Register ): Thanh ghi định vị thường trú
EIR (Equipment Indentity Register ): Thanh ghi nhận dạng thiết bị
MSC (Mobile services Switching Center) Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di
động gọi tắt là: Tổng đài vô tuyến
BSS ( Base Station System ): Hệ thống con trạm gốc
BTS ( Base Transceiver Station ): Trạm thu phát gốc
BSC (Base Station Controller ): Bộ điều khiển trạm gốc
CHƯƠNG 2


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP

Trang 15

MS ( Mobile Station ): Trạm di động
OMC ( Operation and Maintenance Center ): Trung tâm khai thác và bảo dưỡng
ISDN ( Integrated Services Digital Network): Mạng số liên kết đa dịch vụ
PSPISDN ( Packet Switch Public Data Network ): Mạng số liệu công cộng
chuyển mạch gói
CSPDN ( Circuit Switch Public Data Network ): Mạng số liệu công cộng chuyển
mạch mạch

PSTN ( Public Switched Telephone Network ): Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng
PLMN ( Public Land Mobile Network ): Mạng di động công cộng mặt đất
2.1.2 CHỨC NĂNG CỦA CÁC KHỐI
Cấu trúc tổng quát của hệ thống GSM có thể chia làm 3 hệ thống con:
- Hệ thống con trạm gốc BSS
- Hệ thống con chuyển mạch SS
- Hệ thống con khai thác và bảo dưỡng OMS
2.1.2.1 Hệ thống con BSS
Chức năng của BSS là tạo ra vùng hoạt động cho thuê bao di động và thực hiện
truyền dẫn thông suốt tín hiệu.

Hình 2.Hệ thống trạm gốc

CHƯƠNG 2


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP

Trang 16

BSS gồm có 4 thành phần như sau:
 MS: Trạm di động là thiết bị thu phát cá nhân do người đăng ký thuê bao trực
tiếp sử dụng. MS có thể là một may điện thoại di động cầm tay, máy điện thoại di
động xách tay hoặc gắn trên xe hơi. Đối với hệ thống GSM, một MS gồm 2 thành phần
ME và SIM.
 ME: Là thiết bị phần cứng thực hiện chức năng thu phát tín hiệu. ME trở
thành MS chỉ khi nào SIM card được chèn vào trong ME. Nếu không có SIM,
ME không thể thực hiện được bất cứ dịch vụ nào trừ trường hợp gọi khẩn cấp
112. Mỗi ME được nhận dạng riêng bang số định nghĩa thiết bị duy nhất (Số

IMEI) được lưu trữ bên trong.
Một ME được chia làm 3 khối chức năng:
- Thiết bị đầu cuối TE (Terminal Equipment): cung cấp cho thuê bao 1 dịch
vụ cụ thể (ví dụ máy fax). TE không thực hiện bất cứ chức năng nào của hệ
thống GSM.
- MT (Mobile Termination): là thiết bị chịu trách nhiệm về việc truyền dẫn
thông tin qua giao diện vô tuyến.
- Thiết bị thích ứng TA (Terminal Adaptor): là thiết bị được sử dụng để tạo
ra sự tương hợp giữa TE và MT.

Hình 3.Chức năng của MS
 SIM : Là thẻ chip mà bên trong có các bộ nhớ để lưu trữ thông tin cá
nhân của thuê bao di động và một số thông tin của mạng.

CHƯƠNG 2


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP

Trang 17

Hình 4.SIM – CARD
SIM-card có một vùng nhớ cố định để lưu trữ các thông tin của 1 thuê bao cụ
thể nào đó, bao gồm:
- IMSI (International Mobile Subscriber Identity): đây là chỉ số để phân biệt
các thuê bao khác nhau trong mạng GSM. IMSI có tối đa 15 chữ số:
- MCC (Mobile Country Code): có 3 chữ số, xác định quốc gia mà thuê bao
đăng ký.
- MNC (Mobile Network Code): có 2 chữ số, xác định mạng di động mà thuê
bao đăng ký.

- MSIN (Mobile Subscriber Identification Number): mỗi giá trị MSIN sẽ xác
định một thuê bao trong mạng di động.
Từ số IMSI ta có thể xác định được mạng thường trú (home network)
của thuê bao. Khóa nhận thực thuê bao Ki. Thuật toán bảo mật A8.
Ngoài các thông tin trên bắt buộc phải có, trong mỗi SIM-card còn có
một số thông tin tùy chọn như các mẩu tin nhắn, danh sách các số điện thoại
viết tắt (gồm các kí tự hay kí hiệu đại diện cho một số điện thoại nào đó), những
số điện thoại mà thuê bao vừa mới gọi… SIM-card được bảo vệ bằng 1
password, gọi là mã PIN (Personal Identity Number) gồm từ 4 đến 8 chữ số, do
thuê bao tùy chọn. Nếu nhập sai giá trị của PIN trong 3 lần liên tiếp (cho dù
giữa các lần đó SIM được rút ra hoặc tắt máy) thì SIM sẽ bị khóa. Để mở khóa
người sử dụng phải nhập vào 1 mã số khác để bẻ khóa, đó là PUK (PIN
Unblocking Key) gồm 8 chữ số. Trong trường hợp sau 10 lần mà vẫn không
nhập được giá trị đúng của PUK thì SIM bị khóa hoàn toàn.
Khi thuê bao muốn sử dụng thiết bị di động để thực hiện một dịch vụ
nào đó thì phải gắn SIM-card vào. Nếu không có SIM, MS sẽ không hoạt động
được (ngoại trừ các cuộc gọi khẩn cấp). Một SIM-card có thể được sử dụng cho
nhiều loại ME khác nhau, do đó rất thuận tiện cho người sử dụng. Chẳng hạn
khi máy điện thoại của thuê bao bị hỏng, họ có thể mượn máy của người khác
và gắn SIM của mình vào để dùng tạm trong thời gian sửa chữa. Như vậy có thể
nói SIM-card chính là nền tảng của hệ thống liên lạc cá nhân.
 BTS: Trạm thu phát gốc, chức năng của BTS là tạo ra vùng hoạt động cho MS.
Vùng phủ sóng nhỏ nhất của một BTS gọi là một tế bào ( cell ). BTS giao tiếp với MS
qua đường vô tuyến. BTS hoạt động dưới sự điều khiển của BSC.
CHƯƠNG 2