Đồ án tốt nghiệp Công nghệ kỹ thuật điện tử và truyền thông: Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm qua điện thoại

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT - HÀN
KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ


BÙI VĂN CƢỜNG

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG
CHỐNG TRỘM QUA ĐIỆN THOẠI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THƠNG
NIÊN KHĨA: 2018 - 2021

Đà Nẵng - 01/2021


TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT - HÀN
KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ


BÙI VĂN CƢỜNG
MÃ HSSV: K12C08314

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG
CHỐNG TRỘM QUA ĐIỆN THOẠI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THƠNG
NIÊN KHĨA: 2018 - 2021

Giảng viên hƣớng dẫn: TS. Nguyễn Vũ Anh Quang

Đà Nẵng - 01/2021


LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy TS. Nguyễn Vũ Anh Quang đã trực tiếp
hƣớng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện, góp ý và chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý
báu cho em thực hiện tốt đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cơ trong Khoa Kỹ thuật máy tính và Điện tử,
trƣờng Đại học CNTT&TT Việt - Hàn đã tận tình chỉ bảo, truyền đạt những kiến thức
nền tảng chuyên môn làm cơ sở và cũng nhƣ tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn
thành đề tài.
Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn sinh viên khoa Kỹ thuật máy tính và
Điện tử đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng nhƣ những kinh nghiệm quý báu trong thời
gian thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!
Đà nẵng, tháng 12 năm 2020
Sinh viên thực hiện

Bùi Văn Cƣờng

i


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i
MỤC LỤC ...................................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................iv

DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................vi
DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................... vii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Lí do chọn đề tài ...................................................................................................1
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................1
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................2
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................................2
5. Dự đoán kết quả ....................................................................................................2
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ..............................................................................2
7. Nội dung bố cục ....................................................................................................2
CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................3
1.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ..............................3
1.1.1. Giới thiệu về hệ thống cảnh báo ..................................................................3
1.1.2. Vùng bảo vệ .................................................................................................4
1.2. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN .....................................................4
1.2.1. Khái niệm cảm biến .....................................................................................4
1.2.2. Phân loại cảm biến .......................................................................................7
1.2.3. Giới hạn sử dụng của cảm biến....................................................................9
1.3. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG TỒN CẦU
GSM ............................................................................................................................10
1.3.1. Giới thiệu về cơng nghệ GSM ...................................................................10
1.3.2. Các dịch vụ đƣợc tiêu chuẩn ở GSM .........................................................10
1.3.3. Cấu trúc địa lý của mạng GSM ..................................................................11
1.3.4. Cấu trúc mạng GSM ..................................................................................12
1.3.5. Các thành phần chức năng trong hệ thống .................................................13
1.4. GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO VÀ CÁC LINH KIỆN ĐƢỢC SỬ DỤNG
TRONG MẠCH ............................................................................................................20
1.4.1. Giới thiệu về Arduino ................................................................................20
ii

1.4.2. Các linh kiện đƣợc sử dụng trong mạch ....................................................28
CHƢƠNG II: PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC .........................................40
2.1. PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM QUA
ĐIỆN THOẠI ................................................................................................................40
2.2. PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM
QUA ĐIỆN THOẠI ......................................................................................................40
CHƢƠNG III: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ....................................41
3.1. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ........................................................................41
3.2. NHIỆM VỤ TỪNG KHỐI .................................................................................41
3.2.1. Khối nguồn ................................................................................................41
3.2.2. Khối xử lý trung tâm ..................................................................................42
3.2.3. Khối cảm biến ............................................................................................43
3.2.4. Khối báo động từ xa ...................................................................................43
3.2.5. Khối báo động tại chỗ ................................................................................44
3.2.6. Khối hiển thị ..............................................................................................44
3.2.7. Sơ đồ nguyên lý tồn mạch ........................................................................45
CHƢƠNG IV: THI CƠNG HỆ THỐNG ..................................................................47
4.1. THI CÔNG BOARD MẠCH .............................................................................47
4.2. DANH SÁCH LINH KIỆN ĐƢỢC SỬ DỤNG TRONG MẠCH ....................48
4.3. LẮP RÁP VÀ KIỂM TRA .................................................................................48
4.4. THI CƠNG MƠ HÌNH .......................................................................................50
CHƢƠNG V: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ..................51
5.1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC .....................................................................................51
5.2. NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ............................................................................51
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................52
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................53
PHỤ LỤC ......................................................................................................................54

iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT

Kí hiệu chữ
viết tắt

Chữ viết đầy đủ tiếng anh

Dịch nghĩa tiếng Việt

1

AuC

Authentication Center

Trung tâm nhận thực

2

BSS

Base Station Subsystem

Phân hệ trạm gốc

3

BS

Base Station

Trạm gốc

4

BTS

Base Transceiver Station

Trạm thu phát gốc

5

CCH

Control Chanel

Kênh điều khiển

6

CCCH

Common Control Chanel

Kênh điều khiển chung

7

CDMA

8

CELL

Cellulear

Ơ (tế bào)

9

CGI

Cell Global Identity

Nhận dạng ơ tồn cầu

10

ETSI

European Telecomunications

Viện tiêu chuẩn Viễn Thông

Standards Institue

Châu Âu

11

EIR

12

FDMA

13

GMSC

14

GSM

15

HLR

16

ISDN

17

LA

18

MSC

19

MS

Mobile Station

Trạm di động

20

NSS

Network Subsystem

Phân hệ mạng

21

OMC

Operation and Maintencince

Trung tâm khai thác và bảo

Code Division Multiple
Access

Equipment Identification
Register

Đa truy cập phân chia theo mã

Thanh ghi nhận dạng thiết bị

Frequency Division Multiple

Đa truy cập phân chia theo tần

Access

số

Gateway MSC

Tổng đài di động cổng

Global System for Mobile
Communication
Home Location
Intergrated Service Digital
Network
Location Area
Mobile Switching Service
Center

Trung tâm di động toàn cầu

Bộ đăng ký định vị thƣờng trú
Mạng liên kết đa dịch vụ
Vùng định vị
Tổng đài di động

iv


Cente
22

OSS

23

PLMN

24

PSPDN

25

PSTN

26

Operation and Support
System
Public Land Mobile Network

dƣỡng
Phân hệ khai thác và hổ trợ
Mạng di động công cộng mặt
đất

Packet Switch Public Data

Mạng chuyển mạch cơng cộng

Network

theo gói

Public Swithched Telephone

Mạng chuyển mạch điện thoại

Network

công cộng

RACH

Random Access Chanel

Kênh truy cập ngẫu nhiên

27

RX

Receiver

Máy thu

28

SIM

Subscriber Identity Modul

Module nhận dạng thuê bao

29

SMS

Short Message Service

Dịch vụ bản tin ngắn

30

SS

Switching Subsystem

Phân hệ chuyển mạch

31

TCH

Traffic Chanel

Kênh lƣu lƣợng

32

TDMA

Time Division Multiple

Đa truy cập phân chia theo tần

Access

số

33

TRAU

Transcoding and Rate/

Bộ chuyển đổi mã và phối

Adapter Unit

howpjp tốc độ

34

TRx

Transceiver

Bộ thu - phát

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Chuyển đổi đáp ứng kích thích. ......................................................................7
Bảng 1.2. Phân loại theo dạng kích thích ........................................................................7
Bảng 1.3. Một số thông số kỹ thuật của board Arduino UNO R3 ................................22
Bảng 1.4. Tập lệnh AT điều khiển cuộc gọi. .................................................................29
Bảng 1.5. Tập lệnh AT điều khiển tin nhắn ..................................................................30
Bảng 4.1. Danh sách linh kiện đƣợc sử dụng trong mạch. ............................................48

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ tổng quan của một hệ thống cảnh báo. ..................................................3
Hình 1.2. Vùng bảo vệ của cảm biến thân nhiệt..............................................................4
Hình 1.3. Một số loại cảm biến thƣờng dùng hiện nay. ..................................................6
Hình 1.4. Phân vùng cấu trúc địa lý mạng GSM ...........................................................11
Hình 1.5. Mơ hình hệ thống GSM. ................................................................................12

Hình 1.6. Cấu trúc của trạm gốc BSS. ...........................................................................14
Hình 1.7. Vị trí và chức năng của TRAU. .....................................................................15
Hình 1.8. Chức năng xử lý cuộc gọi của MSC. .............................................................17
Hình 1.9. Một số loại Arduino thơng dụng hiện nay. ....................................................21
Hình 1.10. Board Arduino UNO thực tế. ......................................................................21
Hình 1.11. Phần cứng của board Arduino UNO. ..........................................................22
Hình 1.12. Tham khảo thêm chức năng các chân của Arduino UNO R3. ....................25
Hình 1.13. Phần mềm lập trình Arduino IDE. ...............................................................26
Hình 1.14. Giao diện phần mềm Arduino IDE. .............................................................26
Hình 1.15. Vùng lệnh của phần mềm. ...........................................................................27
Hình 1.16. Cấu trúc cơ bản của 1 frame dữ liệu. ...........................................................28
Hình 1.17. Sơ đồ chân module SIM800L. .....................................................................28
Hình 1.18. Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK. ................................................30
Hình 1.19. Sơ đồ nguyên lý cảm biến hồng ngoại E18-D80NK. ..................................31
Hình 1.20. Module relay 1 kênh 5V. .............................................................................32
Hình 1.21. Màn hình LCD 16x2. ...................................................................................33
Hình 1.22. Cấu trúc trong mỗi giao dịch (transcaction). ...............................................34
Hình 1.23. Điều kiện bắt đầu. ........................................................................................34
Hình 1.24. Điều kiện kết thúc. .......................................................................................35
Hình 1.25. Thiết bị Mater gửi điều kiện bắt đầu đến tất cả Slave. ................................36
Hình 1.26. Các Slave so sánh địa chỉ Master gửi đến. ..................................................36
Hình 1.27. Thiết bị Master gửi hoặc nhận khung dữ liệu..............................................37
Hình 1.28. Thiết bị Slave nhận thành cơng khung dữ liệu. ...........................................37
Hình 1.29. Thiết bị Master gửi điều kiện dừng, kết thúc truyền dữ liệu. ......................38
Hình 1.30. Cịi báo buzzer. ............................................................................................38
Hình 1.31. Bóng đèn led buld. .......................................................................................39
Hình 2.1. Sơ đồ làm việc của hệ thống báo trộm. .........................................................40
Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống .......................................................................................41
vii

Hình 3.2. Nguồn sạc adapter 5VDC. .............................................................................42
Hình 3.3. Khối xử lý trung tâm .....................................................................................42
Hình 3.4. Khối cảm biến................................................................................................43
Hình 3.5. Khối báo động từ xa ......................................................................................43
Hình 3.6. Khối báo động tại chỗ....................................................................................44
Hình 3.7. Khối hiển thị ..................................................................................................44
Hình 3.8. Sơ đồ nguyên lý tồn hệ thống ......................................................................45
Hình 4.1. Mạch in của hệ thống. ...................................................................................47
Hình 4.2. Mạch PCB 3D lớp dƣới. ................................................................................47
Hình 4.3. Mạch PCB 3D lớp trên. .................................................................................47
Hình 4.4. Board mạch lớp dƣới. ....................................................................................49
Hình 4.5. Board mạch lớp trên. .....................................................................................49
Hình 4.6. Mơ hình hệ thống khi chƣa hoạt động. ..........................................................50
Hình 4.7. Mơ hình hệ thống gọi điện cảnh báo khi có đột nhập. ..................................50

viii


Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm qua điện thoại

MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Nhƣ chúng ta đã biết, trong thời gian gần đây tình trạng trộm cắp đã trở nên phổ
biến và ngày một tinh vi hơn tại Việt Nam. Các vụ việc trộm cắp không những gây
thiệt hại lớn về tài sản của các gia đình, cơ quan, mà cịn tạo sự lo lắng cho nhiều
ngƣời, ảnh hƣởng đến trật tự an toàn xã hội. Sau hàng loạt vụ việc và sự khuyến cáo
của cơ quan chức năng, nhiều gia đình đã có biện pháp tăng cƣờng lắp đặt các thiết bị
báo trộm cho gia đình. Tuy nhiên những biện pháp đó đơi khi khơng phát huy đƣợc
nhiều tác dụng.

Từ những yêu cầu thực tế đó, những địi hỏi ngày càng cao của cuộc sống, cộng
với sự phát triễn mạnh mẽ của mạng di động em đã chọn đề tài “Thiết kế và thi công
hệ thống chống trộm qua điện thoại” nhằm đáp ứng nhu cầu giám sát điều khiển từ xa
bằng điện thoại di động, góp phần vào giữ vững trật tự an ninh của gia đình và xã hội.

2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
 Mục tiêu
“Hệ thống chống trộm qua điện thoại” sẽ phát hiện đƣợc các đột nhập từ bên
ngoài sau đó cảnh báo cho chúng ta kịp thời đƣa ra các phƣơng án xử lý hiệu quả nhất.
Đề tài sử dụng vi điều khiển làm bộ xử lý trung tâm, các cảm biến hồng ngoại phát
hiện ra dấu hiệu đột nhập. Cùng một số thiết bị đầu ra nhƣ âm thanh (chng, cịi),
bằng tín hiệu phát sáng (đèn), Module SIM nhận tín hiệu từ trung tâm sẽ gửi tin nhắn
thông báo đến
ngƣời quản lý để kịp thời xử lý khi có sự cố đột nhập xảy ra.
 Nhiệm vụ nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu các vấn đề sau:
- Nghiên cứu hệ thống báo trộm trên thị trƣờng.
- Nghiên cứu các thành phần của hệ thống báo trộm.
- Tìm hiểu về các loại cảm biến, module.
- Phân biệt đƣợc các loại cảm biến, nắm đƣợc các thông số của cảm biến nhƣ:
phạm vi, khoảng cách hoạt động, điện áp cung cấp, … Từ đó đƣa ra lựa chọn phù hợp
để đƣa vào sử dụng trong mơ hình.
- Tìm hiểu về mạng thông tin di động.
- Thiết kế mạch báo trộm qua điện thoại.
Bùi Văn Cƣờng – Lớp K1208A

1


Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm qua điện thoại

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
 Đối tƣợng
- Nghiên cứu về hệ thống báo trộm.
- Nghiên cứu về thiết bị cảm biến hồng ngoại và module sim.
- Nghiên cứu về các linh kiện có trong mạch.
 Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết về các thành phần có trong hệ thống báo trộm.
- Nghiên cứu lý thuyết về các loại cảm biến.
- Nghiên cứu lý thuyết về mạng thông tin di đông GSM.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Sử dụng phƣơng pháp luận làm rõ nội dung đề tài:
- Thu thập, phân tích các tài liệu có liên quan đến đề tài.
-

Nghiên cứu các thành phần có trong hệ thống báo trộm.

-

Tìm hiểu về mạng thơng tin di động GSM.

-

Tìm hiểu và phân tích hệ thống báo trộm qua điện thoại.

5. Dự đoán kết quả
Hệ thống sẽ báo động khi phát hiện có đột nhập và lập tức gọi điện, nhắn tin đến
số điện thoại đƣợc cài đặt sẵn để báo động cho ngƣời chủ biết để có phƣơng pháp xử
lý, đồng thời sẽ báo động tại chỗ bằng âm thanh (cịi buzzer) và ánh sáng (bóng đèn

led).

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Đề tài giúp em nắm rõ đƣợc kiến thức về hệ thống báo trộm kết hợp với mạng
thông tin di động GSM. Đề tài mang tính thực tế cao và đƣợc áp dụng nhiều vào cuộc
sống. Không chỉ các cơ quan, doanh nghiệp mà ngay cả các hộ gia đình cũng sử dụng
phổ biến.

7. Nội dung bố cục
CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CHƢƠNG II: PHÂN TÍCH NGUN LÝ LÀM VIỆC
CHƢƠNG III: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
CHƢƠNG IV: THI CÔNG HỆ THỐNG
CHƢƠNG V: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC, NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ

Bùi Văn Cƣờng – Lớp K1208A

2


Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm qua điện thoại

CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẢNH BÁO
1.1.1. Giới thiệu về hệ thống cảnh báo
Trƣớc đây, khi nói đến cơng tác bảo vệ an ninh cũng nhƣ chống trộm đột nhập
chúng ta thƣờng nghĩ đến là: thuê ngƣời làm bảo vệ hoặc là ni chó để bảo vệ nhà …
Ngày nay với sự phát triễn của công nghệ cũng nhƣ điện tử số, con ngƣời đã cho ra đời
những phát minh mới về lĩnh vực báo động có đột nhập, chúng đa dạng và đƣợc ứng
dụng rộng rãi trong cuộc sống.

Về nguyên tắc một bộ cảnh báo gồm 3 phần chính: các sensor, bộ xử lý trung tâm
và các thiết bị cảnh báo.
Các sensor chính là các cảm biến thu thập tín hiệu sau đó đƣa về bộ xử lý trung
tâm. Có rất nhiều loại sensor nhƣ: cảm biến khói, cảm biến từ, cảm biến nhiệt, cảm
biến hồng ngoại, cảm biến quang, cảm biến âm thanh, …
Bộ xử lý trung tâm là bộ phận nhận các thông tin từ sensor gửi về sau đó xử lý,
tùy theo ngƣời lập trình mà nó đƣa ra các xử lý khác nhau khi nhận tín hiệu. Hầu hết
các xử lý của bộ xử lý trung tâm đƣợc đƣa ra các thiết bị cảnh báo để thơng báo tình
huống cho ngƣời sử dụng.
Thiết bị cảnh báo thƣờng là: loa, cịi, điện thoại, đèn báo, …

Hình 1.1. Sơ đồ tổng quan của một hệ thống cảnh báo.

Bùi Văn Cƣờng – Lớp K1208A

3


Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm qua điện thoại

1.1.2. Vùng bảo vệ
Khái niệm “vùng bảo vệ” của hệ thống cảnh báo đƣợc hiểu một cách đơn giản là
thể tích mà trong giới hạn đó các bộ phận cảnh báo tạo ra một sự bảo vệ phát hiện đột
nhập bằng việc phát ra các chùm tia hồng ngoại, sóng siêu âm, … tạo nên một khơng
gian bảo vệ.
Kích thƣớc và hình dáng của vùng bảo vệ thay đổi theo sự bố trí, sắp xếp và phụ
thuộc vào đặc tính, độ rộng quét của cảm biến.
 Vùng bảo vệ của cảm biến hồng ngoại thân nhiệt

Hình 1.2. Vùng bảo vệ của cảm biến thân nhiệt

Tùy vào mỗi loại cảm biến thì có các thơng số nhƣ góc qt, khoảng cách quét
tối đa, nhiệt độ phát hiện và kích thƣớc khác nhau.
 Một số lƣu ý để có đƣợc vùng quan sát bảo vệ tốt nhất:
 Tránh các vị trí điều hòa, lò sƣởi, các nơi thay đổi nhiệt độ.
 Nên lắp ở các phịng có ít vật cản để có đƣợc phạm vi quét tốt nhất.
 Cần phải điều chỉnh vị trí, góc, độ cao phù hợp để có vùng quét rộng nhất.
 Tránh để thiết bị đối diện thẳng và song song với hƣớng chuyển động, vì nhƣ
thế cảm biến sẽ kém nhạy với các chuyển động song song với tia quét.

1.2. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN
1.2.1. Khái niệm cảm biến
Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lƣợng vật lý và các đại
lƣợng khơng có tính chất điện cần đo thành các đại lƣợng vật lý có tính chất điện nhƣ:
điện trở, điện tích, điện áp.

Bùi Văn Cƣờng – Lớp K1208A

4


Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm qua điện thoại

Thông tin đƣợc xử lý để rút ra tham số định tính hoặc định lƣợng của mơi trƣờng,
phục vụ các nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật hay dân sinh và gọi ngắn gọn là đo
đạt, phục vụ trong truyền và xử lý thông tin, hay trong điều khiển các quá trình khác.
Cảm biến thƣờng đƣợc đặt trong các vỏ bảo vệ tạo thành đầu thu dị, có thể kèm
các mạch điện hỗ trợ, tuy nhiên trong nhiều văn liệu thì thuật ngữ cảm biến ít dùng cho
vật có kích thƣớc lớn.
Các đại lƣợng đo (M) thƣờng khơng có tính chất điện (nhƣ nhiệt độ, áp suất,
trọng lƣơng, …) tác động lên cảm biến cho ta đại lƣợng đặc trƣng (S) mang tính chất

điện (nhƣ điện áp, điện tích, dịng điện hay trở kháng) chứa đựng thơng tin cho phép
xác định giá trị của đại lƣợng đó.
Phƣơng trình chuyển đổi của cảm biến:
S = F(M)
Trong đó (S): đại lƣợng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến.
(M): đại lƣợng đầu vào hay kích thích
(F): phụ thuộc vào cấu tạo, vật liệu làm cảm biến
Cảm biến tích cực là khơng có sử dụng điện năng bổ xung để chuyển sang tín
hiệu điện, loại cảm biến này hoạt động nhƣ một máy phát, đáp ứng điện tích, điện áp
hay dịng. Cảm biến tích cực đƣợc chế tạo dựa trên ứng dụng của các hiện tƣợng vật lý
biến đổi một dạng năng lƣợng nào đó (nhiệt, quang, cơ, bức xạ, …) thành đại lƣợng
điện.
Cảm biến thụ động là sử dụng điện năng bổ xung để chuyển sang tín hiệu điện,
loại cảm biến này hoạt động nhƣ một trở kháng trong đó đáp ứng là điện trở, độ tự
cảm hoặc điện dung. Cảm biến thụ động thƣờng đƣợc chế tạo từ một trở kháng có các
thơng số chủ yếu nhạy với đại lƣợng cần đo. Giá trị của trở kháng phụ thuộc vào kích
thƣớc, tính chất điện của vật liệu chế tạo (nhƣ điện trở suất p, độ tự thẩm μ, hằng số
điện mơi ε) vì vậy các đại lƣợng đo có thể ảnh hƣởng riêng biệt đến kích thƣớc, tính
chất điện hoặc đồng thời cả hai.

Bùi Văn Cƣờng – Lớp K1208A

5


Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm qua điện thoại

 Một số loại cảm biến thƣờng dùng hiện nay.

Hình 1.3. Một số loại cảm biến thường dùng hiện nay.

 Một cảm biến đƣợc sử dụng khi đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật xác định:
 Độ nhạy: gia số nhỏ nhất có thể phát hiện.
 Mức tuyến tính: khoảng giá trị đƣợc biến đổi có hệ số biến đổi cố định.
 Dải biến đổi: khoảng giá trị biến đổi sử dụng đƣợc.
 Ảnh hƣởng ngƣợc: khả năng gây thay đổi môi trƣờng.
 Mức nhiễu ồn: tiếng ồn riêng và ảnh hƣởng của tác nhân lên kết quả.
 Sai số xác định: phụ thuộc độ nhạy và mức nhiễu.
 Độ trôi; sự thay đổi tham số theo thời gian phục vụ hoặc thời gian tồn tại.
 Độ trễ: mức độ đáp ứng với thay đổi của quá trình.
 Độ tin cậy: khả năng làm việc ổn định, chịu những biến động lớn của môi
trƣờng.
 Điều kiện môi trƣờng: dải nhiệt độ, độ ẩm áp suất, … làm việc đƣợc.
 Có sự tƣơng đối trong tiêu chí tùy thuộc lĩnh vực áp dụng. Các cảm biến ở các
thiết bị số (digital), tức cảm biến logic, thì độ tuyến tính khơng có nhiều ý nghĩa.

Bùi Văn Cƣờng – Lớp K1208A

6


Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm qua điện thoại

1.2.2. Phân loại cảm biến
a) Phân loại theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng kích thích
Bảng 1.1. Chuyển đổi đáp ứng kích thích.
Hiện tƣợng

Chuyển đổi và đáp ứng kích thích

Vật lý

Hóa học

Sinh học

-

Nhiệt điện.

-

Quang điện.

-

Quang từ.

-

Điện từ.

-

Quang đàn hồi.

-

Nhiệt từ; …

-

Biến đổi hóa học.

-

Biến đổi điện hóa.

-

Phân tích phổ; …

-

Biến đổi sinh hóa.

-

Hiệu ứng trên cơ thể sống.

b) Phân loại theo kích thích
Bảng 1.2. Phân loại theo dạng kích thích

Âm thanh

Điện

Từ

Quang

Bùi Văn Cƣờng – Lớp K1208A

-

Biên pha, phân cực.

-

Phổ.

-

Tốc độ.

-

Điện tích, dịng điện.

-

Điện thế, điện áp.

-

Điện trƣờng.

-

Điện dẫn, hằng số điện môi.

-

Từ trƣờng.

-

Từ thông, cƣờng độ điện trƣờng.

-

Độ từ thẩm.

-

Biên, pha, phân cực, phổ.

-

Độ truyền.

-

Hệ số phát xạ, khúc xạ.

-

Hệ số hấp thụ, hệ số bức xạ.
7

Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm qua điện thoại

Cơ

Nhiệt

Bức xạ

-

Vị trí.

-

Lực, áp suất.

-

Gia tốc, vận tốc.

-

Ứng suất, độ cứng.

-

Moment.

-

Khối lƣợng tỷ trọng.

-

Vận tốc chất lƣu, độ nhớt …

-

Nhiệt độ.

-

Thông lƣợng.

-

Nhiệt dung, tỷ nhiệt.

-

Kiểu.

-

Năng lƣợng.

-

Cƣờng độ.

c) Phân loại theo phạm vi xử dụng
 Khả năng quá tải
 Tốc độ đáp ứng
 Độ ổn định
 Tuổi thọ
 Điều kiện lựa chọn
 Kích thƣớc, trọng lƣợng
 Cơng nghiệp
 Nghiên cứu khoa học
 Mơi trƣờng, khí tƣợng
 Thơng tin, viễn thơng
 Nông nghiệp
 Dân dụng
 Vũ trụ
 Quân sự
d) Phân loại theo thơng số mơ hình mạch thay thế
 Cảm biến tích cực đầu ra là nguồn áp, nguồn dịng (NPN, PNP, …).

Bùi Văn Cƣờng – Lớp K1208A

8


Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm qua điện thoại

 Cảm biến thụ động đƣợc đặc trƣng bởi các thơng số R, L, C, M … tuyến tính
hoặc phi tuyến.
 Đƣờng cong chuẩn của cảm biến là đƣờng cong đƣợc biểu diễn phụ thuộc vào
đại lƣợng điện (S) ở đầu ra của cảm biến vào giá trị của đại lƣợng đo (M) ở đầu vào.
1.2.3. Giới hạn sử dụng của cảm biến

Trong quá trình sử dụng, các cảm biến luôn chịu tác động của ứng lực cơ học, tác
động nhiệt. Khi các tác động này vƣợt quá ngƣỡng cho phép, chúng sẽ làm thay đổi
đặt trƣng làm việc của cảm biến. Bởi vậy khi sử dụng cảm biến, ngƣời sử dụng cần
phải biết rõ các giới hạn này.
 Vùng làm việc danh định
Vùng làm việc danh định tƣơng ứng với những điều kiện sử dụng bình thƣờng
của cảm biến. Giới hạn của vùng là các giá trị ngƣỡng mà các đại lƣợng đo, các đại
lƣợng vật lý có liên quan đến đại lƣợng đo hoặc các đại lƣợng ảnh hƣởng có thể
thƣờng xun đạt tới mà khơng làm thay đổi các đặc trƣng làm việc danh định của cảm
biến.
 Vùng không gây nên hƣ hỏng
Vùng không gây nên hƣ hỏng là vùng mà khi các đại lƣợng đo hoặc các đại
lƣợng vật lý có liên quan và các đại lƣợng ảnh hƣởng vƣợt qua ngƣỡng của vùng làm
việc danh định nhƣng cẫn cịn nằm trong phạm vi khơng gây nên hƣ hỏng, các đặc
trƣng của cảm biến có thể bị thay đổi nhƣng những thay đổi này mang tính thuận
nghịch, tức là khi trở về vùng làm việc danh định các đặc trƣng của cảm biến lấy lại
giá trị ban đầu của chúng.
 Vùng không phá hủy
Vùng không phá hủy là vùng mà khi các đại lƣờng đo hoặc các đại lƣợng vật lý
có liên quan và các đại lƣợng ảnh hƣởng vƣợt qua ngƣỡng của vùng không gây nên hƣ
hỏng nhƣng vẫn còn nằm trong phạm vi không bị phá hủy, các đặc trƣng của cảm biến
bị thay đổi và những thay đổi này mang tính khơng thuận nghịch, tức là khi trở về
vùng làm việc danh định các đặc trƣng của cảm biến không thể lấy lại giá trị ban đầu
của chúng. Trong trƣờng hợp này cảm biến vẫn còn sử dụng đƣợc, nhƣng phải tiến
hành chuẩn lại cảm biến.

Bùi Văn Cƣờng – Lớp K1208A

9

Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm qua điện thoại

1.3. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG
TỒN CẦU GSM
1.3.1. Giới thiệu về cơng nghệ GSM
GSM (Global System for Mobile communication) là hệ thống thông tin di động
tồn cầu. GSM là một cơng nghệ khơng dây thuộc thế hệ 2G (Second generation) có
cấu trúc mạng tế bào, cung cấp dịch vụ truyền giọng nói và chuyển giao dữ liệu chất
lƣợng cao với các băng tần khác nhau: 400MHz, 900MHz, 1800MHz và 1900MHz,
đƣợc tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) quy định. GSM là một công nghệ cấu
trúc mở nên hồn tồn khơng phụ thuộc vào phần cứng, ngƣời ta có thể mua thiết bị từ
nhiều hãng khác nhau. Do đó hầu nhƣ cơng nghệ GSM có mặt khắp mọi nơi trên thế
giới khi các nhà cung cấp dịch vụ thực hiện ký kết roaming với nhau nhờ đó mà thuê
bao GSM có thể dễ dàng sử dụng máy điện thoại GSM của mình ở bất cứ nơi đâu.
Hệ thống thông tin di động GSM sử dụng kết hợp phƣơng pháp đa truy cập phân
chia theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access) và phân chia theo tần số
FDMA (Frequency Division Multiple Access), trong đó mỗi MS (Mobile Station)
đƣợc cấp phát một cặp tần số và một khe thời gian để truy cập vào mạng.
1.3.2. Các dịch vụ đƣợc tiêu chuẩn ở GSM
 Dịch vụ thoại:
- Chuyển hƣớng các cuộc gọi vô điều kiện.
- Chuyển hƣớng cuộc gọi khi thuê bao di động không bận.
- Chuyển hƣớng cuộc gọi khi không đến đƣợc MS.
- Chuyển hƣớng cuộc gọi khi tắc nghẽn vô tuyến.
- Cấm tất cả các cuộc gọi ra quốc tế trừ các nƣớc PLMN (Public Lan Mobile
Network) thƣờng trú.
- Giữ cuộc gọi.
- Đợi gọi.
- Chuyển tiếp cuộc gọi.

- Thơng báo phí cƣớc.
- Nhận dạng số chủ gọi.
 Dịch vụ bản tin nhắn
Có 2 loại dịch vụ bản tin nhắn:

Bùi Văn Cƣờng – Lớp K1208A

10


Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm qua điện thoại

- Dịch vụ bản tin nhắn truyền điểm – điểm (giữa hai thuê bao). Loại này đƣợc
chia thành 2 loại nhỏ:
 Dịch vụ bản tin nhắn kết nối di động, điểm – điểm. Cho phép ngƣời sử dụng
GSM nhận các bản tin nhắn.
 Dịch vụ bản tin nhắn khởi đầu từ Mobile, điểm – điểm. Cho phép ngƣời sử
dụng GSM gửi bản tin đến ngƣời sử dụng GSM khác.
- Dịch vụ bản tin nhắn phát quảng bá: cho phép bản tin nhắn gửi đến máy di
động trên một vùng địa lý nhất định.
 Các chỉ tiêu kỹ thuật của mạng GSM:
Hệ thống thông tin di động GSM cho phép chuyển vùng tự do của các thuê bao
trong khu vực Châu Âu, có nghĩa là một thuê bao có thể xâm nhập sang mạng của các
nƣớc khác khi di chuyển sang biên giới. Trạm di động GSM – MS (GSM Mobile
Station) phải có khả năng trao đổi thơng tin ở bất cứ nơi nào phủ sóng quốc tế.
1.3.3. Cấu trúc địa lý của mạng GSM
Mỗi một mạng điện thoại cần một cấu trúc nhất định, để định tuyến các cuộc gọi
đến tổng đài cần thiết và cuối cùng đến thuê bao cần gọi. Trong mạng di động thì cấu
trúc này rất quan trọng do tính lƣu thơng của các th bao trong mạng. Trong hệ thống
GSM thì cấu trúc có thể đƣợc chia thành các phân vùng sau:

Hình 1.4. Phân vùng cấu trúc địa lý mạng GSM
 Vùng phục vụ PLMN (Public Lan Mobile Network):
Vùng phục vụ GSM là toàn bộ vùng phục vụ do sự kết hợp của các quốc gia
thành viên nên những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau có
thể sử dụng đƣợc nhiều nơi trên thế giới.
Bùi Văn Cƣờng – Lớp K1208A

11


Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm qua điện thoại

Phân cấp theo vùng phục vụ PLMN, có thể là một hay nhiều vùng trong một
quốc gia tùy theo kích thƣớc của vùng phục vụ.
 Vùng phục vụ MSC (Mobile Switching Service Center)
Vùng phục vụ MSC là một phần của mạng đƣợc một MSC quản lý, để định tuyến
một cuộc gọi đến một thuê bao di động. Mọi thông tin để định tuyến đến thuê bao di
động hiện đang trong vùng phục vụ của MSC đƣợc lƣu giữ trong bộ ghi định vị tạm
trú VLR. Một vùng mạng GSM/PLMN đƣợc chia thành một hay nhiều vùng phục vụ
MSC/VLR.
 Vùng định vị LA (Location Area):
Mỗi vùng phục vụ MSC/VLR đƣợc chia thành một số vùng định vị LA. Vùng
định vị là một phần của vùng phục vụ MSC/VLR, khi có cuộc gọi đến, hệ thống sẽ
phát quảng bá một thông báo tìm thuê bao cần gọi. Vùng định vị LA đƣợc hệ thống sử
dụng để tìm một thuê bao đang ở trạng thái hoạt động.
 Ô (cell):
Vùng định vị đƣợc chia thành một số ơ. Ơ là đơn vị nhỏ nhất của mạng, là một
vùng bao phủ vô tuyến đƣợc mạng nhận dạng bằng chỉ số nhận dạng ơ tồn cầu CGI
(Cell Global Identity). Mỗi ô đƣợc quản lý bởi một trạm vô tuyến gốc BTS.

1.3.4. Cấu trúc mạng GSM
Hệ thống GSM có thể chia thành nhiều hệ thống con.
Hệ thống con chuyển mạch SS (Switching Subsystem), hệ thống con trạm gốc
BSS (Base Station Subsystem), hệ thống khai thác và bảo dƣỡng mạng OMC
(Operations & Maintenance Center).

Hình 1.5. Mơ hình hệ thống GSM
Bùi Văn Cƣờng – Lớp K1208A

12


Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm qua điện thoại

Chú thích:
- SS: Hệ thống chuyển mạch
- AUC: Trung tâm nhận thực
- VLR: Bộ định vị tạm trú
- HLR: Bộ định vị thƣờng trú
- EIR: Thanh ghi nhận dạng thiết bị
- MSC: Trung tâm chuyển mạch các dịch vụ di động (tổng đài vô tuyến)
- BSS: Hệ thống trạm gốc
- BTS: Trạm thu phát gốc
- BSC: Hệ thống điều khiển trạm gốc
- MS: Trạm di động
- OMC: Trung tâm khai thác và bảo dƣỡng
- ISDN: Mạng liên kết đa dịch vụ
- PSPDN: Mạng chuyển mạch cơng cộng theo gói
- PSTN: Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng
- PLMN: Mạng di động công cộng mặt đất

Cấu trúc mạng di động số GSM theo khuyến nghị của GSM thì mạng GSM đƣợc
chia thành chuyển mạch (SS) và hệ thống trạm gốc BSS. Mỗi một hệ thống chứa một
số khối chức năng và các khối này đƣợc thực hiện ở các phần cứng khác nhau.
1.3.5. Các thành phần chức năng trong hệ thống
Mạng thông tin di động công cộng mặt đất PLMN (Public Land Mobile
Network) theo chuẩn GSM đƣợc chia thành 4 phân hệ chính: phân hệ trạm gốc BSS
(Base Station Subsystem), phân hệ chuyển mạch SS (Switching Subsystem), trạm di
động MS (Mobile Station), phân hệ khai thác và hỗ trợ (Operation and Support
Subsystem).
1.3.5.1. Hệ thống trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)
Hệ thống BSS đƣợc chia thành hai khối chức năng chính: Trạm thu phát gốc BTS
(Base Transceiver Station) và bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller),
ngồi ra cịn có các khối thích ứng tốc độ chuyển đổi mã TRAU (Transcoder Rate
Adaptor Unit).

Bùi Văn Cƣờng – Lớp K1208A

13


Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm qua điện thoại

Phân hệ trạm gốc BSS giao diện trực tiếp với các trạm di động MS bằng thiết bị
BTS thông qua giao diện vô tuyến. Mặt khác BSS thực hiện giao diện với các tổng đài
ở phân hệ chuyển mạch SS. BSS thực hiện giao diện với tổng đài và nhờ vậy kết nối
những ngƣời sử dụng các trạm di động với những ngƣời sử dụng viễn thông khác. BSS
cũng phải đƣợc điều khiển, do đó nó đƣợc đấu nối với các phân hệ điều hành và bảo
dƣỡng OSS.

Hình 1.6. Cấu trúc của trạm gốc BSS.

 Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station).
BST thực hiện chức năng vô tuyến trực tiếp đến các thuê bao di động MS thông
qua giao diện vô tuyến. BTS bao gồm các thiết bị thu, phát, anten và các khối xử lý tín
hiệu. BTS đƣợc coi là một module vô tuyến phức tạp thực hiện các chức năng sau:
- Quản lý lớp vật lý truyền dẫn vô tuyến.
- Quản lý giao thức liên kết số liệu giữa MS với BSC.
- Vận hành và bảo dƣỡng trạm BTS.
- Cung cấp các thiết bị truyền dẫn và ghép kênh nối trên giao tiếp.
- Mã hóa và giải mã.
- Điều chế và giải điều chế.
Bộ phận quan trọng nhất trong BTS chính là bộ chuyển đổi mã và phối hợp tốc
độ TRAU (Transcoding and Rate Adapter Unit). TRAU thực hiện chuyển đổi tín hiệu
thoại thành luồng tốc độ số 64kbit/s để truyền từ BCS đến MSC. TRAU tiếp nhận các
khung số liệu 16kbit/s từ giao diện Abis giữa BSC đến MSC, và nó định dạng lại
thơng tin của mỗi luồng số liệu thành dạng A-TRAU để truyền đi trên giao diện giữa
BSC và MSC. TRAU thƣờng đƣợc đặt cùng vị trí với BSC.

Bùi Văn Cƣờng – Lớp K1208A

14


Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm qua điện thoại

Hình 1.7. Vị trí và chức năng của TRAU.
 Trung tâm điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller).
BSC là khối chức năng điều khiển, giám sát các BTS và các liên lạc vô tuyến
trong hệ thống. BSC điều khiển công suất, quản lý giao diện vô tuyến thông qua các
lệnh điều khiển của BTS và MS.
Vai trò chủ yếu của BSC là quản lý các kênh vô tuyến và quản lý chuyển giao.

Một BSC quản lý hàng chục BTS tạo thành một trạm gốc. Một tập hợp các trạm gốc
gọi là phân hệ trạm gốc. Giao diện Abis đƣợc quy định bởi BSC và MSC. Sau đó, giao
diện Abis cũng đƣợc quy định giữa BSC và BTS.
Các chức năng chính của BSC.
 Quản lý mạng vơ tuyến
Việc quản mạng vơ tuyến chính là quản lý các cell và các kênh logic của chúng.
Các số liệu quản lý điều đƣợc đƣa về BSC để đo đạt và xử lý, ví dụ nhƣ lƣu lƣợng
thơng tin ở một cell, mơi trƣờng vô tuyến, số lƣợng cuộc gọi bị mất, các lần chuyển
giao thành công, thất bại …
 Quản lý trạm vơ tuyến gốc BTS
Trƣớc khi đƣa vào khai thác thì BSC lập cấu hình của BTS (số máy thu/ phát
TRX, tần số cho mỗi trạm …). Nhờ đó mà BSC có sẵn một tập các kênh vơ tuyến
giành cho điều khiển và nối thông cuộc gọi.
 Điều khiển thông tin cuộc gọi
BSC chịu trách nhiệm thiết lập và giải phóng các đầu nối tới máy di động MS.
Trong quá trình gọi, sự đấu nối đƣợc BSC giám sát. Cƣờng độ tín hiệu, chất lƣợng các
cuộc đấu nối đƣợc ở máy di động và TRX gửi đến BSC. Dựa vào đó mà BSC sẽ quyết
định công suất phát tốt nhất của MS và TRX để giảm nhiễu và tăng chất lƣợng cuộc
đấu nối. BSC cịn điều khiển q trình chuyển giao nhờ các kết quả đo kể trên để quyết
định chuyển giao MS sang các Cell khác, nhằm đạt đƣợc chất lƣợng cuộc gọi tốt hơn.
Bùi Văn Cƣờng – Lớp K1208A

15