Luận văn nghiên cứu xây dựng bộ điều khiển các thiết bị điện bằng sóng radio và thiết bị di động GSM

Điều khiển ngôi nhà thông minh bằng công nghệ

Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ di động

1.1.1 Vấn đề nghiên cứu ứng dụng công nghệ di động trong các hệ thống điều khiển giám sát trên thế giới

Trong những năm gần đây, công nghệ di động đã phát triển mạnh mẽ, không chỉ phục vụ cho việc liên lạc mà còn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như an ninh, giải trí và giao thông vận tải Hiện nay, công nghệ di động đang được tích hợp vào các hệ thống điều khiển giám sát tự động và ứng dụng cho "Ngôi nhà thông minh" Nhiều hãng sản xuất thiết bị trên thế giới đã đưa các ứng dụng này vào sản phẩm của mình, ví dụ như thiết bị điều khiển qua điện thoại di động của hãng Siemen.

Nhờ những ưu điểm vượt trội của điện thoại di động, nhiều hãng sản xuất thiết bị trên toàn cầu đã phát triển các hệ thống điều khiển qua điện thoại Những hệ thống này đặc trưng bởi sự kết hợp chặt chẽ giữa thiết bị xử lý viễn thông, như điện thoại hoặc modem GSM, với các hệ thống vi xử lý.

Hình 1.3 Mô hình hệ thống điều khiển qua SMS Hình 1.2 Một thiết bị ứng dụng điện thoai di động

Hệ thống kết nối qua tin nhắn SMS (Short Message System) cho phép điện thoại di động không chỉ xử lý thông tin mà còn kết nối với máy tính, với điện thoại được coi là Client và máy tính là Server Thông tin điều khiển trong tin nhắn SMS được quy định theo từng hệ thống, ví dụ như lệnh “on10” sẽ kích hoạt đầu ra Output 10 để bật đèn LED hoặc thiết bị kết nối Ngoài ra, tin nhắn từ phần cứng Master cũng có thể được gửi trở lại thiết bị đầu cuối để thông báo trạng thái hệ thống, ứng dụng này rất hữu ích trong ngành công nghiệp, đặc biệt là tại các trung tâm SMS công nghiệp.

SMS Center cung cấp khả năng truy cập nhanh chóng vào các hệ thống thông tin qua mạng nhắn tin GSM-SMS Nhờ vào lợi ích của hệ thống GSM không dây, người dùng có thể truy cập dữ liệu mọi lúc, mọi nơi mà không cần có mặt tại chỗ Hệ thống SMS công nghiệp được phát triển linh hoạt để kết nối với các dữ liệu chuẩn từ Yokogawa Exaquanium, bao gồm Wonderware InSQL, Oracle, SQL và các cơ sở dữ liệu khác hỗ trợ DDE.

In addition to control systems that utilize SMS messaging, there are also systems that employ data transmission protocols such as GPRS (General Packet Radio Service) or MMS.

1.1.2 Vấn đề ứng dụng công nghệ di động trong các lĩnh vực tại Việt Nam

Tại Việt Nam, sự phát triển nhanh chóng của các mạng điện thoại di động đã dẫn đến sự xuất hiện của 5 nhà cung cấp dịch vụ lớn: Viettel, Vinaphone, Mobile Phone, S-fone và EVN-Telecom Cạnh tranh giữa các nhà mạng này đã giúp giá dịch vụ điện thoại di động giảm mạnh, gần đạt mức giá của các nước phát triển.

Ngoài việc sử dụng điện thoại di động cho mục đích liên lạc, hiện nay ở nước ta, điện thoại di động còn được sử dụng với các mục đích:

Ứng dụng điện thoại di động ngày càng trở nên quan trọng trong việc điều khiển các thiết bị điện trong nhà Mặc dù có nhiều dịch vụ khác trên điện thoại di động, nhưng một số vẫn chưa phổ biến, đặc biệt là các ứng dụng bảo vệ và cảnh báo Nguyên nhân có thể do hạ tầng trong nước chưa phát triển đủ hoặc do các thiết bị nhập khẩu từ nước ngoài có giá cao và phức tạp.

Hệ thống điều khiển giám sát qua điện thoại di động đã được Siemens và các hãng khác giới thiệu tại Việt Nam từ năm 2006 Những hệ thống này có khả năng tích hợp đồng bộ với các thiết bị điều khiển của Siemens đã lắp đặt Tuy nhiên, chúng chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và có giá thành tương đối cao.

hệ thống điều khiển thiết bị ĐIỆN TỪ XA qua tin nhắN CỦA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

1.2.1 Chức năng của hệ thống

Hiện nay, tiết kiệm điện là một vấn đề cấp bách tại Việt Nam do nhiều nguyên nhân dẫn đến lãng phí Việc tích hợp khả năng điều khiển các thiết bị dân dụng qua điện thoại di động giúp người dùng dễ dàng quan sát và quản lý thiết bị từ xa Tiện ích này không chỉ góp phần tiết kiệm điện mà còn hạn chế lãng phí và đảm bảo an toàn khi sử dụng Chẳng hạn, với bình nóng lạnh, người dùng chỉ cần bật điện trước 15 phút qua điện thoại thay vì để chế độ bật liên tục.

Tín hiệu phản hồi digital

Tín hiệu phản hồi Analog

Hình 1.4 Sơ đồ khối hệ thống

Hệ thống điều khiển từ xa các thiết bị điện qua điện thoại di động được thiết kế nhằm mục đích điều khiển và giám sát các thiết bị điện dân dụng, phục vụ cho mô hình “Ngôi nhà thông minh”.

1.2.2 Cấu trúc của hệ thống

Hệ thống bao gồm hai thành phần chính: thiết bị đầu cuối, hay còn gọi là Client, chính là điện thoại di động, và thiết bị phần cứng có chức năng nhận và xử lý tin nhắn.

Hình 1.4 là sơ đồ khối của hệ thống

Thiết bị đầu cuối - Client Mobile, đóng vai trò là điện thoại liên lạc cho quản lý hệ thống (admin), cho phép admin sử dụng điện thoại có gắn sim đã đăng ký số thuê bao trong hệ thống để thực hiện việc nhắn tin điều khiển.

+) Thiết bị phần cứng bao gồm:

- Thiết bị nhận tin nhắn: Điện thoại Nokia6230

- Máy tính có chạy phần mểm điều khiển

Vi ®iÒu khiÓn Pic16f877A, Modem Nokia6230 cÊu tróc

Vi ®iÒu khiÓn pic16F877A

PIC, viết tắt của Máy tính khả trình thông minh (Programable Intelligent Computer), là tên do hãng General Instrument đặt cho dòng vi điều khiển đầu tiên của họ, PIC1650 Hãng Microchip đã tiếp tục phát triển dòng sản phẩm này, hiện nay có gần 100 loại vi điều khiển PIC từ các họ 10Fxxx đến 12Cxxx, 17Cxx, 16Fxx, 16Fxxx, 16FxxxA, 16LFxxxA, 18Fxxx và 18LFxxx Hình 2.1 và hình 2.2 minh họa sơ đồ chân của PIC16F877A.

Hình 2.1 Sơ đồ chân của PIC16F877A

Bảng 2.1 thông số kĩ thuật Pic6F877A

Hình 2.2 Sơ đồ chân của PIC16F877A

2.1.2 Phân loại PIC theo ký tự

+) Nhóm thứ nhất có ký tự C, họ PIC xxCxxx được đưa vào một nhóm, gọi là OTP (One Time Programable) chỉ có thể lập trình một lần duy nhất

+) Nhóm thứ hai có ký tự F, LF, họ PIC xxFxxx, xxFxxx, gọi là Flash, cho phép ghi/xóa nhiều lần bắng các mạch điện thông thường

2.1.3 Phân loại PIC theo ký số

+) Loại thứ nhất là dòng PIC cơ bản (Base-Line), gồm các PIC 12Cxxx, có độ dài lệnh là 12 bit

+) Loại thứ hai là các dòng PIC 10F, 12F, và 16F, gọi là dòng phổ thông (Mid-Range), có độ dài lệnh là 14 bit

Dòng vi điều khiển PIC 18F (High-End) có độ dài lệnh 16 bit và sử dụng kiến trúc RISC với microcode đơn giản trong ROM, cho phép thực hiện một lệnh trong mỗi chu kỳ máy Nhờ vào EEPROM, PIC trở thành bộ điều khiển vào ra khả trình với nhiều dòng sản phẩm và các mô-đun ngoại vi tích hợp như USART, PWM, và ADC Bộ nhớ chương trình của PIC dao động từ 512 Word đến 32K Word, trong đó PIC16F877A là dòng phổ biến nhất, mạnh mẽ với 40 chân và bộ nhớ đủ lớn cho hầu hết các ứng dụng thông thường.

2.1.4 Cấu trúc tổng quát PIC16F877A

+) 5 Port I/O (A, B, C, D, E), ngõ vào/ra với tín hiệu điều khiển độc lập +) 2 bộ định thời 8 bit Timer 0 và Timer 2

+) 1 bộ định thời 16 bit Timer 1, có thể hoạt động trong cả chế độ tiết kiệm năng lượng (Sleep Mode) với nguồn xung clock ngoài

+) 2 bộ CCP, Capture/Compare/PWM - tạm gọi là: Bắt giữ / So sánh / Điều biến xung

+) Chế độ tiết kiệm năng lượng (Sleep Mode)

+) Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP TM (In-Circuit Serial Programing)

+) Nguồn dao động lập trình được tạo bằng công nghệ CMOS

+) 35 tập lệnh có độ dài 14 bit

+) Tần số hoạt động tối đa là 20 MHz

- Cấu trúc phần cứng PIC16F877A

PIC là vi điều khiển dựa trên kiến trúc RISC, thực hiện một lệnh trong một chu kỳ máy, tương đương với 4 chu kỳ của bộ dao động Hình 2.3 minh họa sơ đồ khối phần cứng của vi điều khiển PIC16F877A, một loại vi điều khiển có 40 chân, mỗi chân đảm nhiệm một chức năng riêng biệt Đặc biệt, một số chân có khả năng đa công dụng, cho phép chúng hoạt động như các đường xuất/nhập (I/O) độc lập hoặc đảm nhận các chức năng đặc biệt để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi.

Hệ thống GSM, được giới thiệu lần đầu tại châu Âu vào năm 1991, đã trở thành hệ thống thông tin di động toàn cầu Tại Việt Nam, GSM chính thức xuất hiện vào năm 1993, sau khi các nước Bắc Âu gửi đề nghị đến CEPT để quy định dịch vụ viễn thông chung ở băng tần 900 MHz.

Hệ thống GSM đã phát triển mạnh mẽ và hoàn chỉnh, với nhiều giao diện vô tuyến, cấu trúc mạng và dịch vụ đa dạng Tuy nhiên, trong tương lai, do yêu cầu về bảo mật và các dịch vụ mở rộng, công nghệ GSM có thể sẽ dần được thay thế bởi các công nghệ truyền thông thế hệ mới.

Trong mỗi máy di động cầm tay khi liên lạc, nhà quản lý điều hành mạng sẽ quản lý theo hai mã số:

Số SIM là mã nhận dạng di động quốc tế, giúp nhà quản lý theo dõi và quản lý các cuộc gọi cùng với các dịch vụ gia tăng khác.

Số IMEI, hay số nhận dạng di động Quốc tế, là một mã số duy nhất được lưu trữ trong bộ nhớ ROM của mỗi điện thoại khi xuất xưởng Mỗi thiết bị di động có một số IMEI riêng biệt, và tại nhiều quốc gia, các nhà cung cấp dịch vụ quản lý số IMEI Điều này có nghĩa là nếu một điện thoại di động bị đánh cắp, nó sẽ không thể được sử dụng ở nước ngoài.

2.2.2 Các dịch vụ trên GSM

Dịch vụ được cung cấp phụ thuộc vào 3 yếu tố sau:

- Nhu cầu sử dụng dịch vụ của khách hàng

- Khả năng thực hiện dịch vụ của mạng mà thuê bao đăng ký

- Chức năng được hỗ trợ của thiết bị mà thuê bao sử dụng

Dịch vụ gọi hai chiều của GSM là một trong những dịch vụ quan trọng nhất, cho phép người dùng thực hiện các cuộc gọi giữa họ và bất kỳ thuê bao nào trên tất cả các mạng điện thoại.

Dịch vụ cuộc gọi khẩn cho phép người dùng liên lạc với các dịch vụ khẩn cấp như cảnh sát và cứu hỏa, ngay cả khi không có SIM card trong điện thoại Bên cạnh đó, dịch vụ hộp thư thoại giúp lưu trữ và truy cập các bản tin thoại bất cứ lúc nào.

GSM được thiết kế để cung cấp nhiều dịch vụ dữ liệu đa dạng, phân biệt bởi phương tiện sử dụng như mạng điện thoại, ISDN hoặc mạng đặc biệt Các dịch vụ này còn khác nhau dựa trên bản chất của luồng thông tin đầu cuối, bao gồm dữ liệu thô, fax, videotext, teletext, và phương tiện truyền dẫn, có thể là gói hoặc mạch, đồng bộ hay không đồng bộ Tốc độ dữ liệu mà GSM cung cấp cũng rất đa dạng, đáp ứng nhu cầu của người dùng.

300 bps, 600 bps, 1200 bps, 2400 bps, và 9600bps

Trong thế hệ GSM 2+, mạng đã được cải tiến để cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao hơn Dịch vụ chuyển mạch mạch tốc độ cao (HSCSD) cho phép đạt tốc độ lên đến 64 kbit/s, giúp kết nối thực sự với ISDN Bên cạnh đó, dịch vụ vô tuyến gói chung (GPRS) cung cấp tốc độ dữ liệu tối đa lên đến 100 kbit/s Cả HSCSD và GPRS đều hoạt động trên nền tảng hạ tầng của GSM với chi phí nâng cấp thấp.

2.2.22 22 33 DDịịcch h vvụụ nnhhắắnn titinn nnggắắnn

Dịch vụ nhắn tin ngắn (SMS - Short Message Service) cho phép gửi và nhận tin nhắn ngắn giữa các điện thoại di động, bao gồm các ký tự chữ và số SMS được phát triển như một phần của chuẩn GSM pha 1 và lần đầu tiên được gửi từ máy tính đến điện thoại di động vào tháng.

- Dịch vụ nhắn tin ngắn truyền điểm-điểm: là loại bản tin truyền giữa hai thuê bao Có hai loại:

+) Dịch vụ nhắn tin ngắn kết cuối Mobile, điểm-điểm (SMS- MT/PP): là loại dịch vụ cho phép máy di động nhận các bản tin ngắn

+) Dịch vụ nhắn tin ngắn khởi đầu từ Mobile, điểm-điểm cho phép người sử dụng GSM gửi bản tin đến người sử dụng GSM khác

- Dịch vụ nhắn tin ngắn phát quảng bá: cho phép các bản tin ngắn gửi đến tất cả các máy di động trong một vùng địa lý nhất định

Các dịch vụ bổ sung làm phong phú thêm trải nghiệm người dùng bằng cách cho phép tùy chọn cách thức xử lý cuộc gọi đến và đi Đồng thời, những dịch vụ này cung cấp thông tin hữu ích giúp người sử dụng tận dụng hiệu quả hơn các dịch vụ cơ bản.

2.3 Modem nokia 6230 Điện thoại di động (ĐTDĐ) còn được biết tới như một modem không dây hay GSM Modem Nếu như modem là thiết bị truyền nhận dữ liệu qua dây (wire) thì ĐTDĐ là thiết bị truyền nhận dữ liệu qua sóng vô tuyến (wireless) Cũng như modem, chúng ta hoàn toàn có thể điều khiển được ĐTDĐ qua tập lệnh AT do Viện Tiêu Chuẩn Viễn Thông Châu Âu (EuropeanTelecommunication Standards Institute - ETSI) đưa ra

Trong nghiên cứu sinh viên, tôi sử dụng điện thoại di động Nokia 6230 làm modem cho mô hình của mình Modem 6230 hỗ trợ các tập lệnh AT, cho phép truy cập vào máy để đọc và gửi tin nhắn.

Các đặc điểm của Modem6230

- Giao ng truyền usb(sử dụng cáp dữ liệu DKU2)

- Hỗ trợ các tập lênh AT cho việc truy cập vào modem

- Tốc độ gửi tin nhắn nhanh

Modem nokia 6230

Điện thoại di động (ĐTDĐ) được biết đến như một modem không dây hay GSM Modem, cho phép truyền nhận dữ liệu qua sóng vô tuyến Khác với modem truyền thống sử dụng dây, ĐTDĐ cung cấp khả năng kết nối linh hoạt hơn Giống như modem, ĐTDĐ có thể được điều khiển thông qua tập lệnh AT do Viện Tiêu Chuẩn Viễn Thông Châu Âu (ETSI) quy định.

Trong nghiên cứu cấp sinh viên, tôi đã sử dụng điện thoại di động Nokia 6230 làm modem cho mô hình của mình Modem 6230 hỗ trợ các tập lệnh AT, cho phép truy cập vào máy để đọc và gửi tin nhắn.

Các đặc điểm của Modem6230

- Giao ng truyền usb(sử dụng cáp dữ liệu DKU2)

- Hỗ trợ các tập lênh AT cho việc truy cập vào modem

- Tốc độ gửi tin nhắn nhanh

Modem chỉ hỗ trợ giao tiếp qua cổng USB, điều này khiến việc kết nối trực tiếp với vi điều khiển trở nên khó khăn Do đó, việc điều khiển và giám sát chỉ có thể thực hiện thông qua máy tính, đóng vai trò là nhân tố trung gian.

Để sử dụng cab nối DKU2 kết nối giữa modem và máy tính, người dùng cần cài đặt driver cho modem Sau khi cài đặt xong, máy tính sẽ tạo ra một cổng COM ảo, từ đó mọi giao tiếp với modem sẽ diễn ra qua cổng này.

Phân tích lệnh và cấu trúc tin nhắn

Để truy cập bộ nhớ trong SIM nhằm đọc và gửi tin nhắn, cần sử dụng tập lệnh AT Mỗi lệnh giao tiếp bắt đầu bằng chuỗi "AT" và kết thúc bằng ký tự (giá trị 13 trong bảng mã ASCII) Thông tin trả về từ modem luôn bắt đầu và kết thúc bằng hai ký tự .

- Nếu lệnh truyển cho module không đúng chuỗi ERROR sẽ được trả về

- Nếu lệnh truyền đi đúng nhưng thông số bị sai thì chuỗi +CME ERROR : hoặc +CME ERROR : trả về với lỗi code

- Nếu lệnh truyền đi đúng và thành công thì chuỗi OK sẽ được trả về

- Khi một tin nhắn được gửi tới modem chúng ta sẽ sử dụng lênh sau để đọc tin:

Lệnh AT+CMGL="REC UNREAD" cho phép đọc các tin nhắn chưa được đọc, chỉ hiển thị những tin nhắn mới nhất Các tin nhắn đã được đọc sẽ không xuất hiện trong kết quả của lệnh này.

Sau khi sử dụng 2 lệnh trên modem sẽ trả về cho máy tính 1 chuỗi tin nhắn có cấu trúc như sau:

+CMGL: , "REC UNREAD", "", , ,

Modem6230 chỉ có khả năng lưu trữ tối đa 40 tin nhắn trong mục inbox Khi số lượng tin nhắn vượt quá giới hạn này, modem vẫn nhận tin nhắn mới nhưng không thể đọc được chúng thông qua lệnh, do đó, người dùng sẽ không thấy nội dung tin nhắn đã nhận.

Vì vậy mỗi khi đọc tin nhắn xong, ta phải xóa tin nhắn đó đi để tránh trường hợp vượt quá số lượng tin nhắn cho phép

Cấu trúc lệnh xóa tin nhắn:

AT+CMGD=

- Lệnh gửi tin nhắn phản hồi:

AT+CMGS=[Nội dung tin nhắn]

ATD;

- Lệnh kết thúc cuộc gọi :

Bằng cách sử dụng tập lệnh AT, người dùng có thể điều khiển điện thoại di động một cách hiệu quả Mỗi loại điện thoại sẽ có tập lệnh AT tương ứng với mô-đun bên trong, được quy định bởi các nhà sản xuất khác nhau Trong bài viết này, tôi sẽ tập trung vào việc sử dụng các lệnh AT cho modem GSM của hãng Nokia, cho phép áp dụng trên hầu hết các mẫu điện thoại của hãng này.

Hệ Thống điều khiển qua tin nhắn SMS được phân chia thành 3 khối (Hình 3.1):

+) Khối nhận tin nhắn SMS ( Điện thoại di động)

Modem Nokia 6230 được sử dụng để nhận tin nhắn SMS, kết nối với máy tính qua cáp USB DKU-2 Để sử dụng modem này, người dùng cần cài đặt driver cho cáp DKU-2 từ CD đi kèm.

Modem có nhiệm vụ nhận tin nhắn đến và truyền nội dung tin nhắn cho máy tính

+) Khối chương trình xử lý tin nhắn ( Máy tính và phần mềm):

Phần mềm có nhiệm vụ :

- Xử lý nội dung tin nhắn có trong modem

- Truyền lệnh điều khiển cho khối điều khiển thiết bị

- Trình diễn thông tin về trạng thái thiết bị lên giao diện chính

- Đưa ra lệnh tương tác với tin nhắn và lệnh gọi thoại cho modem +) Khối điều khiển thiết bị ( Vi điều khiển)

Nhận tin nhắn SMS Xử lý tin nhắn Điều khiển thiết bị

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống

Thiết kế phần cứng, xây dựng phần mềm điều khiển các thiết bị điện trong nhà

THIÕT KÕ CARD §IÒU KHIÓN

Vi điều khiển Pic16f877A được trang bị bộ chuyển đổi ADC 10 bit, cho phép sử dụng các chân đầu vào analog (AN0-AN7) để đo nhiệt độ của thiết bị Các chân D0-D6 sẽ đảm nhận vai trò là 7 chân đầu ra điều khiển, trong khi các chân B0-B6 sẽ hoạt động như 7 chân đầu vào, biểu thị trạng thái đóng mở của 7 thiết bị điện.

Vi điều khiển PIC 16F877A hỗ trợ nhiều cổng giao tiếp thông qua việc cấu hình các chân RXD và TXD, cho phép mở rộng cổng RS232 phục vụ cho việc mở rộng đầu vào/ra thiết bị Các chân của port C được sử dụng cho giao tiếp RS232 bao gồm RC4 và RC5 để kết nối với mô-đun mở rộng, trong khi RC6 và RC7 kết nối với máy tính để nhận tín hiệu điều khiển Tất cả các cổng giao tiếp này đều hoạt động với tốc độ 9600 baud, 8 bit dữ liệu, và 1 bit dừng.

3.1.1 Sơ đồ mạch nguồn cho vi điều khiển

Hình 3.2 Sơ đồ mạch nguồn cho vi điều khiển

Tín hiệu RS232 từ cổng COM của máy tính có mức điện áp là +12V (mức 0) và -12V (mức 1), trong khi tín hiệu RS232 từ vi điều khiển PIC16F877A chỉ có mức 0V (mức 0) và 5V (mức 1) Để thực hiện giao tiếp giữa hai thiết bị, cần chuyển đổi giữa các mức điện áp này Sơ đồ mạch giao tiếp giữa máy tính và vi điều khiển PIC16F877A được thể hiện trong hình 3.3, trong đó IC Max232 đảm nhận vai trò chuyển đổi tín hiệu RS232 của máy tính sang TTL Cụ thể, nếu điện áp đầu ra ở chân 7 là +12V, thì điện áp tại chân 10 (ngõ vào) sẽ được điều chỉnh tương ứng.

7) áp sẽ là 0V, ngược lại nếu áp chân 7 là -12V thì tại chân 10 áp sẽ là 5V, tương tự với chân 8 và 9 của MAX232, khi áp chân 8 là +12V thì tai chân 9 áp sẽ là 0V, nếu tại chân 8 áp vào là -12V thì chân 9 áp là 5V 2 điện trở R2,R3 có tác dụng làm tăng trở kháng của mạch, tránh gây hỏng cổng RS232

Hình 3.3.Sơ đồ mạch giao tiếp RS232

Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển của máy tính do chạm chập trong quá trình ghép nối được trình bày trong hình 3.4 Hình 3.4 minh họa cách thức hoạt động của mạch điều khiển trong tình huống này.

3.1.3 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển

Hình 3.5 Sơ đồ mạch in điều khiển

3.2 Thiết kế mạch động lực

Mạch động lực có nhiệm vụ điều khiển Rơle cấp nguồn 220V cho thiết bị điện gia dụng Tín hiệu đầu ra từ vi điều khiển với điện áp +5V sẽ được khuyếch đại để điều khiển Rơle 12V thông qua IC UNL2003A Để cung cấp phản hồi trạng thái on/off, mạch sử dụng tiếp điểm đầu ra của Rơle, chọn loại Rơle 8 chân với điện áp cuộn hút 12V và điện áp tiếp điểm 220V xoay chiều Một tiếp điểm được sử dụng làm công tắc cấp nguồn cho diode ghép quang, tạo tín hiệu phản hồi cho vi điều khiển, xác nhận thiết bị đã được cấp nguồn, trong khi tiếp điểm thứ hai dùng để đóng cắt nguồn cho thiết bị.

Các đầu vào IN(1B-7B) của UNL2003A được kết nối với các chân D0-D6 của vi điều khiển, trong khi các đầu phản hồi tín hiệu "Back" được nối với các chân B0-B6 của vi điều khiển.

Sau khi thiết kế tác giả đã thực hiện chế tạo mạch in hình 3.7, chọn các linh kiện cần thiết, lắp ráp ra thiết bị hoàn chỉnh hình 3.8

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực

Hình 3.7 Sơ đồ mạch in mạch động lực

Hình 3.8 Mạch thực tế sau khi thiết kế và thi công

3.3 XÂY DỰNG PHẦN MỀM TRÊN MÁY TÍNH

Trên hình 3.9 là sơ đồ thuật giải điều khiển các thiết bị qua điện thoại di động

Hiển thị trạng thái thiết bị

Truyền tín hiệu cho vi điều khiển

Gọi điện cho số thuê bao nhắn tin

Tín hiệu yêu cầu phản hồi

Nhắn tin phản hồi trạng thái thiết bị

Hình 3.9 minh họa sơ đồ thuật giải điều khiển từ xa thiết bị điện qua tin nhắn Nội dung tin nhắn sẽ được phân tách dựa trên dấu “,”, ví dụ như “on1,on2,off5,on10”, và sau đó được gửi đến vi điều khiển Chương trình sẽ thực hiện cuộc gọi đến số máy nhắn tin trong vòng 10 giây để thông báo cho người điều khiển rằng hệ thống đã hoàn thành nhiệm vụ Đồng thời, chương trình kiểm tra xem tin nhắn có yêu cầu phản hồi hay không, thông qua ký tự “RT” Nếu có yêu cầu, chương trình sẽ gửi tin nhắn phản hồi trạng thái của các thiết bị Tín hiệu phản hồi sẽ được cập nhật liên tục từ vi điều khiển đến máy tính mỗi 0,5 giây Ngoài ra, người dùng có thể điều khiển trực tiếp các thiết bị thông qua giao diện chính của chương trình.

3.3.2 X©y dùng phÇn mÒm Để tạo giao diện thân thiện cho người sử dụng, tôi lựa chọn 2 ngôn ngữ lập trình là ActionScript và Visual Basic 6.0

ActionScript là ngôn ngữ lập trình Flash được sử dụng trong thiết kế web, cho phép tạo ra các hiệu ứng đẹp mắt Một bộ phim Flash bao gồm nhiều cảnh, mỗi cảnh có một timeline với các frame bắt đầu từ số 1 Flash thường chạy từ frame đầu tiên đến frame cuối cùng Việc tích hợp Flash vào Visual Basic giúp duy trì các tính năng của chương trình trong khi tạo ra các hiệu ứng hấp dẫn ActionScript đóng vai trò quan trọng trong việc giao tiếp với Visual Basic để thực hiện các lệnh điều khiển từ người dùng.

Flash sẽ được nhúng trong Visualbasic, 2 chương trình sẽ giao tiếp với nhau thông qua lệnh “Fscommand”

Khi muốn truyền thông số từ Flash sang Visual Basic, ta sử dụng lệnh fscommand("b1","true"); và trong Visual Basic, ta áp dụng hàm tương ứng để nhận thông số đó.

Private Sub swfF_FSCommand(ByVal command As String, ByVal args As String)

Lúc này biến command sẽ được gán là “b1” còn biến args sẽ được gán là “true” Như vậy trong Visual Basic ta đã thu được 2 thông số là “b1” và

Để điều khiển một đối tượng trong Flash từ Visual Basic, ta sử dụng hàm swfF.SetVariable "b1", false, cho phép xử lý dữ liệu từ người dùng hiệu quả.

Khi đó biến “b1” trong flash sẽ có giá trị là “false”

- Giao diện chính (Hình 3.10): Ở giao diện này người điều khiển có thể quan sát và điều khiển trực tiếp các thiết bị, bằng các nút ấn trong chương trình

- Mục seting: khi click vào Buttion Seting người sử dụng sẽ vào 1 trong các lựa chọn sau:

+ Seting lưu số điện thoại điều khiển (Hình 3.11): Người điều khiển muốn điều khiển được thiết bị thì bắt buộc phải nhập số điện thoại cho phép

Hình 3.10 Giao diện chính của chương trình

Sau khi nhập xong, nhấn lưu để chương trình ghi lại cho lần sử dụng sau Trong phần cài đặt, người dùng có thể chọn tiêu đề hiển thị cho kênh analog, cho phép thay đổi chữ hiển thị nhiệt độ trên giao diện chính.

Nhiet do phong 1 la: , Hoặc: Nhiet do binh nong lanh la:

Hình 3.11 Seting lưu số điện thoại điều khiển

Hình 3.12 Seting lựa chọn tiêu đề hiển thị nhiệt độ

Hình 3.13 Seting lựa chọn cổng com cho vi điều khiển và điện thoại

RS232 có trên phần cứng máy tính

Code chương trình con stop();

_root.onEnterFrame = function() { if (tt0=="1") {CopyOf_windmill1._alpha0;

CopyOf_windmill1.play(); } else if (tt0=="0")

CopyOf_windmill1.stop(1);} if (tt1=="1") {CopyOf_windmill2._alpha0;

CopyOf_windmill2.play(); } else if (tt1=="0") {CopyOf_windmill2._alpha=0;

CopyOf_windmill2.stop(1);} if (tt2=="1") {CopyOf_windmill3._alpha0;

CopyOf_windmill3.stop();} if (tt3=="1")

CopyOf_windmill4.stop();} if (tt4=="1") {CopyOf_windmill5._alpha0;

CopyOf_windmill12.play(); } else if (tt11=="0") {CopyOf_windmil12._alpha=0;

CopyOf_windmill19.play(); } else if (tt18=="0") {CopyOf_windmil19._alpha=0;

CopyOf_windmill26.stop();} if (tt26=="1") if (tt27=="1") {CopyOf_windmill28._alpha0;

Chương trình con được biên dịch thành file: doan.swf, và được lưu cùng thư mục với chương trình chính

+) Chương trình chính ( Phụ lục 1 )

Chương trình chính được viết bằng Visualbasic để xử lý tin nhắn, giao tiếp với vi điều khiển và điện thoại

3.4 Ch-ơng trình cho vi điều khiển

Trên hình 3.14 là sơ đồ thuật giải cho vi điều khiển

Vi điều khiển có vai trò quan trọng trong việc cập nhật trạng thái on/off và nhiệt độ của các thiết bị, đồng thời nhận tín hiệu điều khiển từ máy tính và gửi yêu cầu đọc tin nhắn cho chương trình chính.

Code chương trình ( Phu lục 2)

Truyền tín hiệu yêu cầu đọc tin nhắn

Hình 3.14 Sơ đồ thuật giải cho vi điều khiển modem GSM

- Xây dựng được cấu trúc tổng thể của một hệ thống điều khiển các thiết bị điện trong nhà từ xa qua điện thoại di động,

- Xây dựng được chương trình giám sát và điều khiển chạy trên máy tính

Mô hình thực tế xử lý lệnh điều khiển từ tin nhắn SMS đã được xây dựng thành công, cho phép điều khiển các thiết bị trong gia đình Hình 3.16 minh họa mô hình này, trong khi hình 3.15 thể hiện hệ thống hoạt động hiệu quả.

Hình 3.15 Hệ thống hoạt động

Hình 3.16 Bộ điều khiển các thiết bị điện bằng điện thoại di động khi đang hoạt động

Hệ thống điều khiển thiêt bị điện từ xa qua tin nhắn SMS điện thoại di đông là 1 hệ thống tương đối hoàn chỉnh, với 2 chức năng chính:

- Điều khiển thiết bị thông qua tin nhắn SMS điện thoại di động

- Tự động quay số và nhắn tin phản hồi trạng thái thiết bị

Mô hình được đề xuất có khả năng điều khiển 7 thiết bị điện khác nhau và trang bị cổng mở rộng RS232, cho phép kết nối với các mô-đun khác để mở rộng khả năng điều khiển Hệ thống này phù hợp cho hộ gia đình đông người, cho phép đăng ký 4 số điện thoại riêng biệt để điều khiển Chỉ những số điện thoại đã được đăng ký mới có thể gửi tin nhắn điều khiển, giúp tăng tính bảo mật Việc sử dụng tin nhắn điện thoại di động để điều khiển mang lại sự tiện lợi và giảm chi phí Người dùng chỉ cần gửi tin nhắn theo cấu trúc đã định sẵn.

+) Để bật công tắc cấp nguồn cho thiết bị ta sọan tin:

“on1,on2,on3,on4,on5,….”

Hệ thống có tuỳ chọn cho phép hệ thống ở nhà sử dụng nhắn tin phản hồi hay không

Tiêu đề	Luận Văn Nghiên Cứu Xây Dựng Bộ Điều Khiển Các Thiết Bị Điện Bằng Sóng Radio Và Thiết Bị Di Động GSM
Thể loại	luận văn
Năm xuất bản	2014
Thành phố	Việt Nam

Định dạng
Số trang	94
Dung lượng	1,55 MB