Hệ thống điều khiển và báo cháy từ xa

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY

Ngày nay, sự phát triển của khoa học và công nghệ, đặc biệt là công nghệ điện tử và kỹ thuật điều khiển tự động, đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như khoa học, quản lý, công nghiệp và thông tin Là sinh viên chuyên ngành điện tử viễn thông, việc nắm bắt và vận dụng hiệu quả các kiến thức này không chỉ góp phần vào sự phát triển chung của nền khoa học kỹ thuật thế giới mà còn thúc đẩy sự phát triển của kỹ thuật điện tử và nền kinh tế quốc gia.

Vấn đề điều khiển thiết bị từ xa ngày càng được quan tâm và phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu của con người, giúp tiết kiệm thời gian và quản lý mọi lúc mọi nơi Hệ thống này không chỉ cảnh báo cho chủ nhân về những biến đổi tại nơi cần quản lý như doanh nghiệp hay nhà ở về nhiệt độ, nồng độ khí gas để tránh tình trạng quá nhiệt dẫn đến hỏa hoạn, mà còn kết nối các thiết bị độc lập thành một hệ thống hoàn chỉnh thông qua tin nhắn SMS Các thiết bị như đèn, quạt, và hệ thống báo động có thể giao tiếp với nhau thông qua một đầu não trung tâm, có thể là máy tính hoặc bộ vi xử lý được lập trình sẵn Điều này cho phép người dùng tắt thiết bị như quạt hay đèn khi quên trước khi rời khỏi nhà Với yêu cầu ngày càng cao của cuộc sống và sự phát triển mạnh mẽ của mạng di động, đề tài “Hệ thống điều khiển và báo cháy từ xa sử dụng module sim900A và PIC16F877A thông qua tin nhắn SMS” được chọn nhằm đáp ứng nhu cầu này và góp phần vào sự tiến bộ, văn minh, hiện đại của đất nước.

1.2.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Khoa học và kỹ thuật đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống con người, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và thúc đẩy sự tiến bộ, văn minh và hiện đại Sự phát triển của khoa học và kỹ thuật nhằm phục vụ nhu cầu sống của con người, giúp cải thiện đời sống và đáp ứng những yêu cầu ngày càng cao trong xã hội.

Hệ thống điều khiển và báo cháy từ xa là giải pháp thiết yếu giúp quản lý thiết bị trong nhà và doanh nghiệp một cách hiệu quả.

1.3.MỤC TIÊU NGHIÊN CƢ́U Đồ án đƣợc nghiên cứu, khảo sát 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 và báo cháy bằng tin nhắn SMS hoàn chỉnh

 Module SIM 900 gửi nhận tin nhắn

 Mạch điều khiển dùng PIC16F877A để xử lý

 Cảm biến nhiệt độ LM35 và cảm biến GAS

 Mạch công suất gồm 4 relay 12V để điều khiển thiết bị trong nhà

 LCD hiển thị trạng thái làm việc

Trong khuôn khổ thời gian hạn chế của đề tài này, cùng với những kiến thức đã tích lũy trong quá trình học, chúng tôi không thể hoàn thiện một sản phẩm tối ưu Do đó, bài viết sẽ chỉ tập trung vào những vấn đề chính sau đây:

 Dùng Pic 16F877A để làm trung tâm điều khiển toàn bộ hệ thống

 Dùng module Sim900 để nhận và gửi tin nhắn

 Mạch chạy ổn định trong toàn bộ quá trình

 Sẽ nhận tin nhắn để điều khiển thiết bị

 Mạch nhận tín hiệu từ cảm biến để phát hiện khói và nhiệt độ cao

 Ngoài ra còn hiển thị LCD

1.5.ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đồ án đƣợc nghiên cứu, khảo sát 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 và báo đô ̣ng từ xa bằng tin nhắn SMS hoàn chỉnh

 Module SIM 900 gửi nhận tin nhắn

 Mạch điều khiển dùng PIC16F877A để xử lý

 Mạch công suất gồm 4 relay 12V để điều khiển thiết bị trong nhà

 LCD hiển thị trạng thái làm việc

 Cảm biến nhiệt độ LM35 và cảm biến khói

Trong đề tài này ngườ i thực hiê ̣n đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu:

 Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí về điện tử và truy cập từ mạng internet

Phương pháp quan sát bao gồm việc khảo sát các mạch điện thực tế có sẵn trên thị trường và tham khảo thêm các dạng mạch từ Internet.

Phương pháp thực nghiệm giúp sinh viên kết hợp ý tưởng và kiến thức cá nhân với sự hướng dẫn của giáo viên để lắp ráp và thử nghiệm nhiều dạng mạch khác nhau Qua quá trình này, sinh viên có thể chọn lọc những mạch điện tối ưu nhất.

Dựa vào sách giáo khoa, kiến thức học tập và sự hỗ trợ từ máy tính cùng thông tin trên Internet, chúng tôi thực hiện đề tài này một cách hiệu quả.

1.7.BỐ CỤC CỦA ĐỒ ÁN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 2 : LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG

CHƯƠNG 4 : KẾ QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM

CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Dự án này được thực hiện nhằm áp dụng kiến thức đã học để thiết kế và phát triển một hệ thống điều khiển tự động từ xa, đồng thời tích hợp chức năng báo cháy qua tin nhắn SMS.

 Module SIM 900 gửi nhận tin nhắn

 Mạch điều khiển dùng PIC16F877A để xử lý

 Cảm biến nhiệt độ LM35 và cảm biến GAS

 Mạch công suất gồm 4 relay 12V để điều khiển thiết bị trong nhà

 LCD hiển thị trạng thái làm việc.

NHIỆM VỤ NGHIÊN CƢ́U

Trong khuôn khổ thời gian hạn chế của đề tài này, cùng với những kiến thức đã học, việc tạo ra một sản phẩm hoàn thiện là không khả thi Do đó, chúng tôi sẽ tập trung vào những vấn đề chính sau đây.

 Dùng Pic 16F877A để làm trung tâm điều khiển toàn bộ hệ thống

 Dùng module Sim900 để nhận và gửi tin nhắn

 Mạch chạy ổn định trong toàn bộ quá trình

 Sẽ nhận tin nhắn để điều khiển thiết bị

 Mạch nhận tín hiệu từ cảm biến để phát hiện khói và nhiệt độ cao

 Ngoài ra còn hiển thị LCD.

ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Dự án này được thực hiện nhằm áp dụng kiến thức đã học để thiết kế và phát triển một hệ thống điều khiển tự động, có khả năng báo động từ xa qua tin nhắn SMS.

 Module SIM 900 gửi nhận tin nhắn

 Mạch điều khiển dùng PIC16F877A để xử lý

 Mạch công suất gồm 4 relay 12V để điều khiển thiết bị trong nhà

 LCD hiển thị trạng thái làm việc

 Cảm biến nhiệt độ LM35 và cảm biến khói

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trong đề tài này ngườ i thực hiê ̣n đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu:

 Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng cách thu thập thông tin từ sách, tạp chí về điện tử và truy cập từ mạng internet

Phương pháp quan sát bao gồm việc khảo sát các mạch điện thực tế hiện có trên thị trường và tham khảo thêm các dạng mạch từ Internet.

Phương pháp thực nghiệm là quá trình sinh viên kết hợp ý tưởng và kiến thức cá nhân với sự hướng dẫn của giáo viên để lắp ráp và thử nghiệm nhiều dạng mạch điện khác nhau Qua đó, sinh viên có thể chọn lọc ra những mạch điện tối ưu nhất.

Dựa vào sách giáo khoa và kiến thức đã học, cùng với sự hỗ trợ của máy tính và thông tin từ Internet, chúng tôi sẽ thực hiện đề tài này một cách hiệu quả.

BỐ CỤC CỦA ĐỒ ÁN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 2 : LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG

CHƯƠNG 4 : KẾ QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM

CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM

2.1.1.ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ GSM

Công nghệ GSM có một số đặc điểm cơ bản nhƣ sau:

 Cho phép gởi và nhận những mẫu tin nhắn văn bản bằng kí tự dài đến 126 kí tự

 Cho phép chuyển giao và nhận dữ liệu, FAX giữa các mạng GSM với tốc độ hiện hành lên đến 9600 bps

Công nghệ GSM nổi bật với tính năng roaming, cho phép chuyển giao thông tin không chỉ trong một mạng mà còn giữa các mạng GSM toàn cầu mà không cần điều chỉnh hay thay đổi nào.

 Sử dụng công nghệ phân chia theo thời gian TDM (Time division multiplexing ) để chia ra 8 kênh full rate hay 16 kênh haft rate

Công suất phát tối đa của máy điện thoại được quy định là 2 watts cho băng tần GSM 850/900MHz và 1 watt cho băng tần GSM 1800/1900MHz.

Mạng GSM sử dụng hai phương pháp mã hóa âm thanh để nén tín hiệu 3,1 kHz, bao gồm mã hóa Full rate (13 kbps) và Half rate (6 kbps).

2.1.2.CẤU TRÚC CỦA MẠNG GSM

Hình 2.1 : cấu trúc của mạng GSM

Hệ thống GSM đƣợc chia thành nhiều hệ thống con nhƣ sau:

 Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem)

 Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)

 Phân hệ bảo dƣỡng và khai thác OSS (Operation Subsystem)

 Trạm di động MS (Mobile Station).

TỔNG QUAN VỀ TIN NHẮN SMS

2.2.1 GIỚI THIỆU VỀ TIN NHẮN SMS

SMS, viết tắt của Short Message Service, là công nghệ cho phép gửi và nhận tin nhắn giữa các điện thoại Dữ liệu trong một tin nhắn SMS rất hạn chế, với dung lượng tối đa chỉ 140 byte (1120 bit) Do đó, mỗi tin nhắn SMS chỉ có thể chứa một lượng thông tin nhất định.

 160 kí tự nếu nhƣ mã hóa kí tự 7 bit đƣợc sử dụng

 70 kí tự nếu nhƣ mã hóa kí tự 16 bit Unicode UCS2 đƣợc sử dụng Tin nhắn SMS dạng text hỗ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau

Tin nhắn SMS có khả năng hoạt động hiệu quả với nhiều ngôn ngữ hỗ trợ mã Unicode, bao gồm tiếng Ả Rập, tiếng Trung, tiếng Nhật và tiếng Hàn Ngoài việc gửi tin nhắn dạng text, SMS còn cho phép truyền tải dữ liệu dạng binary, như nhạc chuông, hình ảnh và nhiều tiện ích khác đến các điện thoại khác.

Sử dụng tin nhắn SMS ngày càng phát triển và trở lên rộng khắp :

 Các tin nhắn SMS có thể đƣợc gửi và đọc tại bất kỳ thời điểm nào

Ngày nay, hầu hết mọi người sở hữu điện thoại di động và mang theo bên mình suốt cả ngày Với chiếc điện thoại này, bạn có thể gửi và đọc tin nhắn SMS mọi lúc, không gặp khó khăn nào dù đang ở văn phòng, trên xe buýt hay tại nhà.

 Tin nhắn SMS có thể đƣợc gửi tới các điện thoại mà tắt nguồn

Nếu bạn không chắc chắn về một cuộc gọi, bạn có thể gửi tin nhắn SMS cho bạn bè ngay cả khi họ tắt nguồn điện thoại Hệ thống SMS của mạng điện thoại sẽ lưu trữ tin nhắn và gửi đến người nhận khi điện thoại của họ được bật lại.

 Các tin nhắn SMS ít gây phiền phức trong khi bạn vẫn có thể giữ liên lạc với người khác

Việc sử dụng tin nhắn SMS giúp bạn giao tiếp mà không gây ồn ào, khác với việc phải ra ngoài để thực hiện cuộc gọi điện thoại Điều này mang lại sự tiện lợi, cho phép bạn trả lời tin nhắn ngay cả trong những nơi đông người như rạp hát hay thư viện.

Tin nhắn SMS được hỗ trợ hoàn toàn bởi các điện thoại sử dụng công nghệ GSM, cho phép phát triển các ứng dụng không dây hiệu quả Việc xây dựng ứng dụng dựa trên nền tảng SMS sẽ tối ưu hóa trải nghiệm người dùng và mở ra nhiều khả năng mới cho các dịch vụ di động.

Tin nhắn SMS không chỉ đơn thuần gửi văn bản mà còn hỗ trợ truyền tải dữ liệu nhị phân, cho phép người dùng gửi nhạc chuông, hình ảnh và nhiều loại tệp khác.

 Thứ ba, tin nhắn SMS hỗ trợ việc chi trả các dịch vụ trực tuyến

2.2.2.CẤU TRÚC TIN NHẮN SMS :

Các tiêu chuẩn của tin nhắn SMS xác định thông tin được gửi trong tin nhắn, bao gồm các bit mã nhị phân tạo nên lá thư và cách tổ chức, gửi, nhận dữ liệu giữa các thiết bị Định dạng dữ liệu của tin nhắn không chỉ bao gồm nội dung mà còn có thêm thời gian và số điện thoại gửi đến.

Chi tiết tin nhắn được mô tả từ các đơn vị giao thức PDU (Protocol Description Unit) dưới dạng chuỗi hệ thập lục phân và bán số thập phân Hệ thập lục phân sử dụng 16 ký tự, bao gồm các số từ 0 đến 9 và các chữ cái từ A đến F, để đại diện cho các giá trị từ 10 đến 15.

Bảng 2.1 trình bày bảng chuyển đổi ký tự giữa hệ lục thập phân và nhị phân Định dạng PDU bao gồm các mảng thông tin, trong đó vài bit đầu tiên chứa thông tin về địa chỉ gửi đến, bao gồm trung tâm tin nhắn và số của người gửi, tiếp theo là chuỗi tin nhắn.

Thông tin người gửi và người nhận được chuyển đổi thành giao thức và thẻ xác định chương trình mã hóa dữ liệu đã sử dụng Thẻ này giúp trung tâm nhận tin nhắn nhận biết chương trình mã hóa nào đã được áp dụng để giải mã tin nhắn Bên cạnh đó, còn có nhãn thời gian và thông tin về độ dài của tin nhắn.

Cấu trúc của một tin nhắn SMS bao gồm 160 ký tự, với mỗi ký tự được mã hóa bằng 7-bits theo bảng chữ cái GSM Bảng này cho phép sử dụng 128 ký tự, bao gồm chữ cái, số và dấu chấm câu Ví dụ, mã 48656C6C6F trong bảng chữ cái GSM tương đương với từ "Hello".

Một tin nhắn SMS chứa nhiều thông tin hơn chỉ vài câu ngắn gọn Các phần quan trọng trong tin nhắn giúp đảm bảo rằng thông điệp đến đúng người nhận và việc giải mã thông tin mà người gửi muốn truyền đạt được thực hiện chính xác.

Tin nhắn văn bản từ điện thoại di động được lưu trữ tại trung tâm lưu trữ tin nhắn SMC (Stored Message Central) trước khi được chuyển tiếp đến đích SMS sử dụng một kênh riêng biệt để gửi và quản lý tin nhắn, do đó, các cuộc gọi và hình thức tin nhắn khác không bị ảnh hưởng bởi quá trình gửi SMS.

Kênh điều khiển này cho phép theo dõi vị trí điện thoại của bạn, giúp gửi tin nhắn chính xác đến địa điểm hiện tại mà bạn đang đứng.

Hình 2.3.Sơ đồ truyển tin SMS

GIỚI THIÊ ̣U MODULE SIM900A VÀ TẬP LỆNH AT

Hình 2.4.Cấu trúc gửi đi của một tin nhắn

Nội dung của một tin nhắn SMS khi đƣợc gửi đi sẽ đƣợc chia làm 5 phần :

 Instructions to air interface : Chỉ thị dữ liệu kết nối với air interface (giao diện

 Instructions to SMSC : Chỉ thị dữ liệu kết nối với trung tâm tin nhắn SMSC

 Instructions to handset : Chỉ thị dữ liệu kết nối bắt tay

 Instructions to SIM (optional) : Chỉ thị dữ liệu kết nối, nhận biết SIM (Subscriber Identity Modules)

 Message body : Nội dung tin nhắn SMS

2.3.GIỚI THIỆU MODULE SIM900A VÀ TẬP LỆNH AT

2.3.1.TỔNG QUAN VỀ MODULE SIM 900:

Modem GSM là một loại modem không dây hoạt động trên mạng GSM, tương tự như modem quay số Tuy nhiên, điểm khác biệt lớn nhất là modem quay số truyền và nhận dữ liệu qua đường dây điện thoại cố định, trong khi modem không dây sử dụng sóng để gửi và nhận dữ liệu.

Giống nhƣ một điện thoại di động GSM , một modem GSM yêu cầu 1 thẻ sim với một mạng wireless để hoạt động

Module SIM 900A là một loại modem GSM cải tiến, với tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn Nó hoạt động dựa trên công nghệ GSM/GPRS ở băng tần EGSM 900 MHz và DCS 1800 MHz.

Một số chức năng quan trọng của Module sim900A đƣợc trình bày trong bảng sau:

Tiếtkiệmđiện Ở chế độ ngủ tiêu thụ điện năng 1.5mA

SIM900Với2băngtần:900EGSM,1900PCS.Module

SIM900Acóthểtìmkiếmcác băngtần.Cácbăngtần cũngcóthểđƣợcthiếtlậpbằng lệnh AT

GPRSmulti-slotclass10(mặcđịnh) GPRSmulti-slotclass8 (tùychọn)

Hoạtđộnghạnchế:-40°Cđến-30°Cvà80°Cđến85°C Nhiệtđộbảoquản-45°Cđến90°C

GPRSchuyểndữliệu hướngxuống:tốiđa85,6kbps GPRSchuyểndữliệu hướnglên:tốiđa42,8kbps Mãchươngtrình:CS-1,CS-2,CS-3và CS-4 SIM9000hỗtrợcácgiaothứcPAP(Password AuthenticationProtocol)thườngđượcsửdụngchocáckết nốiPPP

CSDtruyềntỷlệ:2.4,4.8,9.6,14.4kbps Khôngcócấutrúcbổsungcácdịchvụdữliệu (USSD) hỗtrợ

SMS MT,MO,CB,vănbảnvàchếđộPDU

SIMgiaodiện HỗtrợthẻSIM:1.8V,3V Ăng-tenbênngoài Thusóngtốt

Giao tiếp Serial và giaotiếpDebug

SerialPortcóthểđƣợcsửdụngchoCSDFAX,dịch vụGPRSvàgửilệnh ATđểđiềukhiểnmodule

SerialPortcó chức năngghépkênh Autobaudingtốc độbaudtừ 1200bpsđến 115200bps DebugPort:

Quảnlýdanhbạ Hỗtrợdanhbạđiệnthoạicácloại:SM,FD,LD,RC, ON,MC

Chứcnănghẹngiờ LậptrìnhthôngqualệnhAT Đặcđiểmvậtlý Kíchthước:24mmx24mmx3mm

Bảng 2.2.Các tính năng của Module Sim900A

2.3.3.KHẢO SÁT SƠ ĐỒ CHÂN MODULE SIM 900

Hình 2.6.Sơ đồ chân module sim900

Bảng mô tả chức năng các chân Module sim900 :

Nguồn cung PWRKEY đƣợcdùngđểbậthaytắtnguồnhệ thống NgườisửdụngđiềukhiểnPWRKEY ởmức điệnápthấptrongmộtthờigianngắnbởivìhệ thốngcầncómộtkhoảng thờigianngắnđểkích sim900hoạtđộng cấp VCC

KhikếtnốiPWRKEYvàPWRKEY_OUT ngườisửdụngkíchhoạtnótrongmộtthờigia nngắn sauđóthoátrathìcũngcóthểkhởiđộnghoặct ắt cácmodule

19 MIC_P I Xácđịnhvàkhôngxácđịnhtầnsốâmthanh đầuvào

21 SPK_P O Xácđịnhvàkhôngxácđịnhtầnsốâmthanh đầura

Ngõvàonguồndữtrữ:khinguồnchínhđãcó vànguồndữtrữ ởmứcthấp

Trạngtháimạng.Chânnày đƣợcnốivớimột LED,khibắtđƣợctầnsốmạngcủasimlắpvào , LEDnàysẽ luônluônnhấpnháy

3chânVBAT đƣợcdànhriêngđểkếtnốiđiện ápcungcấpchosim900 hoạtđộng.Nguồnđiệnáp củasim900 hoạtđộnglàVBAT=3.4V 4.5V.Nó

I phảicókhảnăngcungcấpđủdòng điệntrong tăng mạchkhisim900bắtđầuhoạtđộng Dòngđiện cungcấpIthườngtănglênđến2A

Bảng 2.3 Chức năng các chân của Module sim900

Trong đồ án, chúng tôi đã sử dụng module Breakout SIM 900A, được thiết kế để kết nối dễ dàng, nhằm phục vụ hiệu quả cho các yêu cầu cần thiết của dự án.

Hình 2.7.Breakout Module Sim900A

 Chân +5V : chân cung cấp nguồn dương 5VDC để module sim 900A hoạt đô ̣ng

 Chân DTR : Chân đầu cuối dƣ̃ liê ̣u

 Chân TX : chân truyền UART TX dù ng để truyền dƣ̃ liê ̣u

 Chân RX : chân nhận UART RX dùng để nhâ ̣n và xƣ̉ lý dƣ̃ liê ̣u

 Chân Headphone : chân xuất dƣ̃ liê ̣u âm thanh ra loa thoa ̣i

 Chân Microphone : chân kết nối vớ i mic nếu muốn đàm thoa ̣i

 Chân Reset : chân reset module sim

 Chân GND : chân nối mass

2.3.4 KHẢO SÁT TẬP LỆNH AT CỦA MODULE SIM900A

Modem đã được sử dụng từ những ngày đầu của máy tính, với tên gọi được hình thành từ hai từ "modulator" và "demodulator" Thiết bị này có chức năng điều chế dữ liệu số từ thiết bị dữ liệu đầu cuối (DTE) để truyền qua các đường dây dẫn Ở đầu bên kia của đường dây, một modem khác sẽ thực hiện việc giải điều chế dữ liệu, duy trì và xúc tiến quá trình truyền tải thông tin.

Chuẩn RS232 mô tả một kênh truyền thông qua bộ kết nối 25 chân DB25, được thiết kế để gửi lệnh đến modem kết nối Thao tác này bao gồm việc quay số điện thoại và sử dụng RS232 với chi phí thấp, thường thấy trên máy tính gia đình trong những năm qua.

Vào năm 70, kênh truyền thông thứ hai không được thực thi, do đó cần có một phương pháp thiết lập để sử dụng kênh dữ liệu hiện tại Phương pháp này không chỉ giúp truyền dữ liệu từ điểm đầu cuối này sang điểm đầu cuối khác mà còn hướng tới modem duy nhất Dennis Hayes đã đưa ra giải pháp cho vấn đề này vào năm đó.

Vào năm 1977, modem thông minh (Smartmodem) của ông đã sử dụng chuẩn truyền thông RS232 đơn giản để kết nối với máy tính, cho phép truyền cả lệnh và dữ liệu Ngôn ngữ điều khiển được định nghĩa bởi Hayes, bắt đầu bằng chữ AT (viết tắt của Attention), nhanh chóng trở nên nổi tiếng với bộ lệnh Hayes AT Nhờ vào sự đơn giản và chi phí thấp, bộ lệnh này đã được sử dụng rộng rãi trong các modem của nhiều nhà sản xuất Tuy nhiên, khi chức năng và độ tích hợp của modem ngày càng tăng, ngôn ngữ lệnh Hayes AT trở nên phức tạp hơn, dẫn đến việc mỗi nhà sản xuất phát triển ngôn ngữ riêng Hiện nay, bộ lệnh AT đã bao gồm các lệnh về dữ liệu, fax, giọng nói và truyền thông SMS.

Các lệnh AT là những hướng dẫn dùng để điều khiển modem, với "AT" là viết tắt của từ Attention Mỗi lệnh bắt đầu bằng ký tự "AT", cho phép người dùng tương tác và quản lý thiết bị một cách hiệu quả.

“at” Đó là lý do tại sao các lệnh modem đƣợc gọi là các lệnh AT Nhiều lệnh của

The commands ATD (Dial), ATA (Answer), ATH (Hang up), and ATO (Return to online data state) are utilized to control wired dial-up modems These commands are also supported by GSM/GPRS modems and mobile phones.

Ngoài bộ lệnh AT thông dụng, modem GSM/GPRS và điện thoại di động còn được hỗ trợ bởi một bộ lệnh AT đặc biệt dành cho công nghệ GSM.

Các lệnh AT liên quan đến SMS bao gồm AT+CMGS (gửi tin nhắn SMS), AT+CMSS (gửi tin nhắn từ vùng lưu trữ), AT+CMGL (liệt kê tin nhắn SMS) và AT+CMGR (đọc tin nhắn SMS) Modem GSM cũng hỗ trợ một bộ lệnh AT mở rộng được định nghĩa trong các tiêu chuẩn của GSM, cho phép thực hiện nhiều chức năng khác nhau.

 Đọc,viết, xóa tin nhắn

 Đọc,viết, xóa tin nhắn

 Kiểm tra chiều dài tín hiệu

 Kiểm tra trạng thái sạc pin và mức sạc của bin

 Đọc, viết và tìm kiếm về các mục danh bạ

 Số tin nhắn SMS có thể đƣợc thực thi bởi một modem SMS trên một phút thì rất thấp, nó chỉ khoảng từ 6 đến 10 tin nhắn SMS trên 1 phút

2.3.4.1.Một số thuâ ̣t ngƣ̃ carriage return (đƣợc dịch từ mã ASCII là 0x0D)

Line Feed (đƣợc dịch từ mã ASCII là 0x0A)

MT : Mobile Terminal :Thiết bị đầu cuối mạng (chính là module)

TE : Terminal Equipment: Thiết bị đầu cuối (chính là vi điều khiển)

Lệnh khởi đầu : luôn là “AT” hoặc “at”

Lệnh kết thúc là : ký tự (trong đồ án cần chuyển sang mã ASCII là

Thông thường sau mỗi lệnh AT là một đáp ứng, cấu trúc của đáp ứng này là :

“”

Lệnh AT có ba loại cú pháp chính: cú pháp cơ bản, cú pháp tham số S và cú pháp mở rộng.

Các cú pháp đã nêu cho phép các lệnh hoạt động trong nhiều chế độ khác nhau Các chế độ này được tổng hợp trong bảng dưới đây.

Một số chế độ của lệnh AT :

AT+=? Thống kê lại các tham số trong câu lệnh và các giá trị có thể thiết lập cho tham số

AT+? Đọc nội dung tin nhắn đƣợc gửi đến, kiểm tra giá trị tin nhắn về mặt dữ liệu

AT+= Đƣợc sử dụng để thiết lập các giá trị cho tham số

AT+ Thực thi nội dung tin nhắn đƣợc tiến hành bên trong của Module sim

Bảng 2.4.Các chế độ lệnh AT

2.3.2.3 Các lệnh AT đƣợc sử dụng trong đồ án a.LệnhATZ

Lệnh ATZ được sử dụng để thiết lập lại tất cả các tham số hiện tại theo mẫu mà người dùng định nghĩa, và lệnh trả về của modem là lệnh OK Mẫu người dùng định nghĩa trước đó được lưu trữ trên bộ nhớ cố định Nếu không thể thiết lập lại theo mẫu của người dùng, modem sẽ reset theo các tham số mặc định của nhà sản xuất Lưu ý rằng bất kỳ lệnh AT nào thêm vào cùng một dòng với lệnh ATZ đều không được thực hiện Bên cạnh đó, lệnh AT+CMGR cho phép đọc nội dung tin nhắn.

Lệnh AT+CMGR được sử dụng để đọc tin nhắn trên một ngăn nào đó trên sim điện thoại, với cú pháp: AT+CMGR=i, trong đó i là ngăn bộ nhớ chứa tin nhắn Nếu ngăn chứa tin nhắn, hệ thống sẽ trả về lệnh OK; ngược lại, nếu ngăn không chứa tin nhắn, sẽ xuất hiện thông báo lỗi ERROR Ví dụ, khi gõ lệnh AT+CMGR=1, sim900 sẽ đọc tin nhắn tại ngăn số 1 của bộ nhớ sim điện thoại gắn ngoài Ngoài ra, lệnh AT+CMGS được sử dụng để gửi tin nhắn SMS.

LệnhAT+CMGSdùngđể gửitinnhắnSMStớimộtsố điệnthoạichotrước Cúphápgửitinnhƣsau:

AT+CMGS=“sốđiệnthoạicầngửi”

Nộidungtinnhắn ESC/CtrlZ Sốđiệnthoạicầngửiphảiđƣợcđặttrongdấungoặckép.Saukhigõxongsố điệnthoại thìcầnthựchiệnlệnhenterđểxuốngdòngvàbắtđầunộidungtinnhắn

Vídụlệnhgửitinnhắntớisố0906600837vớinộidung“abcd”đƣợcthựchiện tạichếđộtexttrongphầnmềmlập trìnhCCSnhƣsau:

20 printf("AT+CMGS=\"0906600837\"\r\n"); delay_ms(500); printf("abcd");//nộidungtinnhắn delay_ms(500); putc(26);// ctrl+Z d.AT+CMGD : xóa tin nhắn SMS

LệnhAT+CMGDdùngdểxóatinnhắnSMStrênsim.Cấutrúclệnhnhƣ sau : AT+CMGD=i

TỔNG QUAN VỀ PIC16F877A

PIC 16F877A là loại vi điều khiển 8bit tầm trung của hãng microchip

PIC 16F877A có kiến trúc Havard, sử dụng tập lệnh kiểu RISC (Reduced Instruction Set Computer) với chỉ 35 lệnh cơ bản có độdài14bit

Tất cả các lệnh đƣợc thực hiện trong một chu kì lệnh ngoại trừ các lệnh rẽ nhánh

Mỗilệnhđều đƣợcthựcthitrongmộtchu kìxungclock.Tốcđộhoạtđộngtốiđa chophéplà20MHzvớimộtchukìlệnhlà200ns.Bộnhớchươngtrình8Kx14bit, bộnhớdữliệu368x8byteRAMvàbộnhớdữliệuEEPROM vớidunglƣợng256x8 byte.SốPORTI/Olà5 với33chânI/O

Hình 2.8.Sơ đồ chân và hình thực tế của PIC16F877A

Cácđặc tính ngoạivi baogồm các khối chứcnăngsau:

 Timer0:bộ đếm8bitvớibộ chiatầnsố8bit

 Timer1:bộđếm16bitvớibộchiatầnsố,cóthểthựchiệnchứcnăngđếm dựavàoxung clockngoạivi ngaykhiviđiềukhiểnhoạt động ở chếđộ sleep

 Timer2:bộ đếm8bitvớibộ chiatầnsố,bộpostcaler

 Các chuẩngiaotiếpnốitiếpSSP(SynchronousSerial Port),SPIvàI2C

 Chuẩngiaotiếpnốitiếp USARTvới9bit địa chỉ

Bên cạnhđólàmột vàiđặc tính kháccủaviđiều khiểnnhƣ

 Bộ nhớ flash vớikhảnăngghixóa đƣợc 100.000lần

 Bộ nhớ EEPROMvớikhảnăng ghi xóađƣợc1.000.000lần

 Dữliệubộ nhớ EEPROMcó thểlưutrữtrên 40năm

 Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial

 Cóthể hoạt động vớinhiều dạng thạchanh(Oscillator)khác nhau

23 Hình 2.9.Sơ đồ ngoại vi của PIC16F877A

Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F877A bao gồm bộ nhớ chương trình (Program memory) và bộ nhớ dữ liệu (Data Memory) a Bộ nhớ chương trình

Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ flash với dung lượng 8K word (1 word = 14 bit), cho phép lưu trữ tới 8192 lệnh Bộ nhớ này được phân chia thành nhiều trang, giúp tối ưu hóa quá trình truy xuất và quản lý dữ liệu.

Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm chương trình sẽ trỏ đến địa chỉ 0000h (Reset vector), trong khi khi có ngắt xảy ra, nó sẽ trỏ đến địa chỉ 0004h (Interrupt vector) Lưu ý rằng bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không được địa chỉ hóa bởi bộ đếm chương trình.

Bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877A được chia thành 4 bank, mỗi bank có dung lượng 128 byte, bao gồm các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR) và thanh ghi mục đích chung (GPR) Các thanh ghi SFR, như thanh ghi STATUS, được đặt ở tất cả các bank để thuận tiện cho việc truy xuất và giảm bớt lệnh trong chương trình Sơ đồ chi tiết của bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A thể hiện cấu trúc này rõ ràng.

Hình 2.11.Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu PIC 16F877A

Thang ghi chức năng đặc biệt SFR:

Các thanh ghi SFR được sử dụng bởi CPU để thiết lập và điều khiển các khối chức năng tích hợp trong vi điều khiển Chúng được phân chia thành hai loại: thanh ghi SFR liên quan đến các chức năng bên trong của CPU và thanh ghi SFR dùng để điều khiển các khối chức năng bên ngoài như ADC, PWM, và các thiết bị ngoại vi khác.

Thanh ghi STATUS (03h, 83h, 103h, 183h) lưu trữ kết quả từ phép toán của ALU, thông tin trạng thái reset và các bit chọn bank cần thiết để truy xuất dữ liệu trong bộ nhớ.

Thanh ghi OPTION_REG (81h, 181h) cho phép người dùng đọc và ghi, đồng thời điều khiển chức năng pull-up của các chân trong PORTB Nó cũng xác lập các tham số liên quan đến xung tác động, cạnh tác động của ngắt ngoại vi và bộ đếm Timer0.

Thanh ghi INTCON (0Bh, 8Bh, 10Bh, 18Bh) cho phép người dùng đọc và ghi dữ liệu, bao gồm các bit điều khiển và cờ hiệu liên quan đến việc timer0 bị tràn, ngắt ngoại vi RB0/INT, cũng như ngắt interrupt-on-change tại các chân của PORTB.

Thanh ghi PIE1 (8Ch):Chứa các bit điều khiển chi tiết các ngắt của các khối chức năng ngoại vi

Thanh ghi PIR1 (0Ch) lưu trữ cờ ngắt cho các khối chức năng ngoại vi, với các ngắt này được kích hoạt thông qua các bit điều khiển trong thanh ghi PIE1.

Thanh ghi PIE2 (8Dh) chứa các bit điều khiển cho các ngắt của các khối chức năng như CCP2, SSP bus, bộ so sánh và ngắt ghi vào bộ nhớ EEPROM.

Thanh ghi PIR2 (0Dh) lưu trữ các cờ ngắt từ các khối chức năng ngoại vi, với các ngắt này được cho phép thông qua các bit điều khiển trong thanh ghi PIE2.

Thanh ghi PCON (8Eh): Chứa các cờ hiệu cho biết trạng thái các chế độ reset của vi điều khiển

Các thanh ghi mục đích GPR có thể được truy xuất trực tiếp hoặc gián tiếp qua thanh ghi FSG Đây là các thanh ghi dữ liệu thông thường, cho phép người sử dụng lưu trữ biến số, hằng số, kết quả và tham số theo nhu cầu của chương trình.

Stack không nằm trong bộ nhớ chương trình hay bộ nhớ dữ liệu mà là một vùng nhớ đặc biệt không cho phép đọc hay ghi

Khi lệnh CALL được thực hiện hoặc khi có ngắt xảy ra, giá trị của bộ đếm chương trình PC sẽ tự động được lưu vào stack Khi các lệnh RETURN, RETLW hoặc RETFIE được thực thi, giá trị PC sẽ được lấy ra từ stack, giúp vi điều khiển tiếp tục thực hiện chương trình theo quy trình đã định trước.

Bộ nhớ Stack trong vi điều khiển PIC họ 16F87xA có khả năng lưu trữ 8 địa chỉ và hoạt động theo cơ chế xoay vòng Điều này có nghĩa là giá trị được lưu vào bộ nhớ Stack lần thứ 9 sẽ ghi đè lên giá trị đầu tiên, trong khi giá trị thứ 10 sẽ ghi đè lên giá trị thứ 2 trong Stack.

Cần lưu ý rằng không có cờ hiệu nào để xác định trạng thái của stack, do đó không thể biết khi nào stack sẽ tràn Hơn nữa, các vi điều khiển dòng PIC không hỗ trợ lệnh POP hay PUSH, mà mọi thao tác với bộ nhớ stack đều do CPU điều khiển hoàn toàn.

Cổngxuấtnhập(I/Oport)chínhlàphương tiệnmàviđiềukhiểndùngđểtương tácvớithếgiớibênngoài Sựtươngtácnày rấtđadạngvàthông quaquátrìnhtương tácđó,chứcnăngcủaviđiềukhiểnđƣợc thểhiện mộtcáchrõràng

Một cổng vi điều khiển có thể có nhiều chân I/O, với số lượng chân và chức năng khác nhau tùy thuộc vào cách bố trí Ngoài chức năng xuất nhập thông thường, một số chân còn có thêm các chức năng đặc biệt để tương tác với các đặc tính giao tiếp ngoại vi Chức năng của từng chân trong mỗi cổng có thể được xác lập và điều khiển thông qua các thanh ghi SFR liên quan.

ViđiềukhiểnPIC16F877A có5cổngxuấtnhập,baogồmPORTA,PORTB, PORTC, PORTD vàPORTE.Cấutrúcvàchứcnăngcủatừngcổngxuấtnhậpsẽ đƣợcđềcậpcụ thểnhƣsau:

GIỚI THIÊ ̣U CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35

LM35 là một cảm biến nhiệt độ analog, cho phép xác định nhiệt độ thông qua việc đo hiệu điện thế ngõ ra Sơ đồ chân của LM35 được thiết kế đơn giản và dễ sử dụng.

Hình2.13.Sơ đồ chân cảm biến LM35

 Chân 2: Đầu ra Vout ( 10mV/ ˚C )

 Chân 3: GND ( chân nối mass )

Cảm biến LM35 là một thiết bị cảm biến nhiệt độ chính xác cao với điện áp đầu ra tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo độ Celsius Điểm nổi bật của cảm biến này là không cần hiệu chỉnh bên ngoài vì nó đã được hiệu chỉnh sẵn.

 Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V

 Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/ ˚C

 Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 ˚C

 Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải

 Dải nhiệt độ đo đƣợc của LM35 là từ -55 ˚C - 150 ˚C với các mức điện áp ra khác nhau Xét một số mức điện áp sau :

- Nhiệt độ -55 ˚C điện áp đầu ra -550mV

- Nhiệt độ 25 ˚C điện áp đầu ra 250mV

- Nhiệt độ 150 ˚C điện áp đầu ra 1500mV

 Tính toán nhiệt độ đầu ra của LM35

Việc đo nhiệt độ sự dụng LM35 thông thường chúng ta sử dụng bằng cách LM35 > ADC > Vi điều khiển

Ta có hàm truyền sau

 t là nhiệt độ môi trường đo [K]

 k là điện áp đầu ra của LM35 10mV/ ˚C

Giá trị ADC đo đƣợc từ giá trị điện áp đầu vào

   Giá trị nhiệt độ đo đƣợc:

* Sai số của hệ thống đo

Tại 0 độ C thì điện áp của LM35 là 10mV

Tại 150 độ C thì điện áp của LM35 là 1.5V

Giải điện áp ADC biến đổi là 1.5 - 0.01 = 1.49 (V)

ADC 10 bit nên bước thay đổi của ADC là : n = 4.88 mV

Vậy sai số của hệ thống đo là :

GIỚI THIÊ ̣U CẢM BIẾN GAS MQ-5

Cảm biến MQ5 được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị phát hiện rò rỉ gas cho cả dân dụng và công nghiệp, với khả năng phát hiện khí LPG, khí thiên nhiên và khí than Nó có thể loại bỏ các tác nhân gây nhiễu như rượu, khói nấu ăn và khói thuốc lá Đặc biệt, độ nhạy của cảm biến có thể được điều chỉnh thông qua biến trở tinh chỉnh, mang lại hiệu suất tối ưu cho người sử dụng.

 Cấu tạo từ chất bán dẫn SnO2

LPG, hay còn gọi là khí hóa lỏng, là một hỗn hợp hydrocarbon nhẹ chủ yếu bao gồm Propane (C3H8) và Butane (C4H10) Với độ nhạy cao, LPG được sử dụng rộng rãi trong cả lĩnh vực dân dụng và công nghiệp, bao gồm khí thiên nhiên và gas.

 Độ nhạy thấp với hơi cồn, khói thuốc lá

 Cảm biến hoạt động ổn định và bền

Hình 2.14.cấu trúc và sơ đồ chân của MQ-5

Hình 2.15.Sơ đồ kết nối của cảm biến MQ-5

GIỚI THIỆU LCD Y1602A

LCD YM1602C là LCD hiển thị đƣợc 2 hàng mỗi hàng hiển thị đƣợc 16 kí tự

 Kích thước hiển thị : 16x2 dòng

 Màu hiển hiển thị : đen trắng

 Chế độ giao tiếp : 8 hoặc 4 bít

 Cỡ chữ hiển thị : 5x7 hoặc 5x10

Hình 2.16.Sơ đồ chân LCD Y1602A

Chân số Tên Chức năng

1 VSS Chân nối đất cho LCD, khi thiết ta nối chân này với

GND của vi điều khiển

2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế ta nối chân này với VCC = 5V của mạch điều khiển

3 Vee Dùng để điều chỉnh độ tương phản cho LCD

4 RS Chân chọn thanh ghi (register seclect) Nối chân RS xuống mức logic „0‟ (GND) hay „1‟ (VDD) để chọn thanh ghi

+ Mức „0‟ : Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh của

LCD (ở chế độ „ghi‟- write)hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ „đọc‟- read)

+ Mức „1‟ : Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh hgi dữ liệu

Chân R/W của LCD cho phép chọn giữa chế độ đọc và ghi Để LCD hoạt động ở chế độ ghi, bạn cần nối chân R/S xuống mức logic '0' Ngược lại, nếu muốn LCD hoạt động ở chế độ đọc, hãy nối chân R/S lên mức logic '1'.

6 E Chân cho phép (Enable) Sau khi các tin hiệu đƣợc đặt lênDB0-DB7 Các lệnh chỉ đƣợc chấp nhận khi có một xung chophép của chân E

+ Ở chế độ ghi : dữ liệu ở bus sẽ đƣợc LCD chuyển vào

(chấp nhận) thanh ghi ở bên trong nó khi xuất hiện một xung cạnh xuống (từ cao xuống thấp) của chân tín hiệu

Trong chế độ đọc, dữ liệu sẽ được LCD xuất ra từ DB0 đến DB7 khi phát hiện cạnh lên ở chân E Dữ liệu này sẽ được giữ nguyên tại DB0-DB7 cho đến khi chân E trở về mức thấp.

7-14 DB0- DB7 Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin vớiMPU Có hai chế độ sử dụng 8 đường bus này :

+ Chế độ 8 bit : dữ liệu được truyền trên cả 8 đường này, bit MSB với là bit DB7

+ Chế độ 4 bit : dữ liệu được truyền trên 4 đường DB4 –DB7, bit MSB với là bit DB7

Bảng 2.5.chức năng các chân LCD Y1602A

 Chân V0 vào một biến trở 20K

 Chân RS và E tương ứng RC0 và RC1

 Chân D4→D7 được kết nối tương ứng RB4→RB7

 Chân RW không sử dụng vì chỉ dùng với mục đích ghi, không dùng chế độ đọc

 Sử dụng chế độ ghi dữ liệu 4bit và 2 hàng

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

THI CÔNG PHẦN CƢ́NG

Sử dụng module GSM SIM900 để giao tiếp với chip điều khiển PIC16F877A mang lại nhiều tính năng hữu ích như điều khiển thiết bị qua cuộc gọi, SMS, định vị GPS và GPRS Nhờ vào những tính năng đa dạng này, người dùng có thể phát triển các sản phẩm với nhiều chức năng khác nhau Sơ đồ khối hệ thống sẽ giúp minh họa cách kết nối và hoạt động của các thành phần trong dự án.

Khối mudule sim900A Điện thoại di động

Khối cảm biến LM35 & MQ-5

Hình 3.1.Sơ đồ khối của hê ̣ thống

Sơ đồ khối bao gồm các khối chính:

 Khối Vi điều khiển PIC16F877A

 Khối cảm biến LM35,MQ-5

Khối module SIM900A bao gồm SIM900 và thẻ SIM, cho phép nhận tin nhắn từ điện thoại di động Khi nhận được tin nhắn, module SIM900 sẽ gửi tín hiệu đến khối vi điều khiển để xử lý thông tin.

Khối vi điều khiển PIC16F877A nhận dữ liệu từ Module sim900A, xử lý tin nhắn mới gửi đến SIM card Khi nhận tin nhắn điều khiển thiết bị, PIC16F877A sẽ điều khiển các chân ra tương ứng, kết nối trực tiếp với khối công suất Bên cạnh đó, nó cũng nhận tín hiệu từ các cảm biến để xử lý và gửi lệnh đến module sim900A, nhằm thông báo qua điện thoại khi phát hiện quá nhiệt độ giới hạn, khí gas, hoặc khói.

Khối cảm biến LM 35 và MQ-5 có vai trò quan trọng trong việc giám sát môi trường Cảm biến LM 35 đo nhiệt độ xung quanh và truyền dữ liệu về khối VĐK PIC 16F877A để xử lý và hiển thị trên LCD Trong khi đó, cảm biến MQ-5 phát hiện khí gas và khói, gửi thông tin về khối VĐK PIC 16F877A để xử lý Nếu phát hiện khí gas hoặc khói, hệ thống sẽ thực hiện cảnh báo qua điện thoại, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

Khối hiển thị LCD nhận dữ liệu từ VĐK để hiển thị thông tin về nhiệt độ, tình trạng gửi và nhận tin nhắn, thông báo về cú pháp tin nhắn, và hiện cảnh báo khi phát hiện nhiệt độ cao, gas và khói.

 Khối điều khiển relay: Là nơi nhận lệnh điều khiển từ Khối điều khiển, thực hiện việc điều khiển đóng/ngắt relay

 Khối nguồn : cung cấp nguồn cho toàn hê ̣ thống hoa ̣t đô ̣ng ổn đi ̣nh c.Nguyên lý hoạt động của hệ thống :

Sim card nhận tin nhắn SMS và SIM900A báo hiệu cho PIC16F877A Vi xử lý này sẽ đọc tin nhắn và điều khiển thiết bị qua khối điều khiển relay hoặc kiểm tra trạng thái thiết bị, tùy thuộc vào cấu trúc tin nhắn Nếu tin nhắn hợp lệ, PIC16F877A ra lệnh cho SIM900 gửi phản hồi; nếu không, nó sẽ thông báo lỗi cú pháp tới số điện thoại đã nhắn Đồng thời, khối cảm biến gửi dữ liệu về PIC16F877A để xử lý Nếu cảm biến nhiệt độ LM35 phát hiện nhiệt độ vượt quá giới hạn, PIC16F877A sẽ gửi tin nhắn cảnh báo quá nhiệt qua module SIM900A; tương tự, cảm biến MQ-5 sẽ gửi cảnh báo khi phát hiện khí gas và khói.

3.1.2.YÊU CẦU PHẦN CƢ́NG

Từ phương án thiết kế nêu ở trên thì có một số yêu cầu cho phần cứng như sau :

 Mạch cần đƣợc thiết kế nhỏ gọn, đảm bảo yêu cầu về cơ và điện

 Các kết nối nguồn, đầu vào, đầu ra thuận tiện dễ dàng

 Mạch sử dụng mạng điện thoại GSM

 Có 4 đầu ra là rơle bán dẫn đảm bảo đóng ngắt chính xác với thời gian đáp ứng cao

Để đảm bảo hoạt động ổn định cho hệ thống, cần có nguồn cung cấp 5VDC cho Module Sim900, nguồn 5VDC cho chip xử lý PIC16F877A, nguồn 12VDC cho các rơ le và nguồn 5V cho các cảm biến.

3.1.3.THIẾT KẾ PHẦN CƢ́NG

Giới thiê ̣u tƣ̀ng phần của module sim 900A , khối vi điều khiển , khối công suất,khối nguồn

Hình 2.6.breakout module sim900A

Breakout Sim900làthiếtbịcóbánsẵntrênthịtrường,cóchứaSim900A, khay giữSimcardvàăngten.Breakout sim900 có8chângiaotiếptiếpđể lấynguồnhoạtđộngvàthựchiệnviệctruyềndữliệu

Chức năng chính của các chân breakout module sim 900A được sử du ̣ng trong đồ án :

 Chân TX : được nối với chân RX của vi điều khiển PIC 16F877A để truyền dƣ̃ liê ̣u cho vi điều khiển xƣ̉ lý và thƣ̣c hiê ̣n điều khiển

Chân RX được kết nối với chân TX của vi điều khiển PIC 16F877A để nhận dữ liệu từ vi điều khiển, gửi tin nhắn thông báo trạng thái hoạt động của thiết bị hoặc cảnh báo khi vi điều khiển phát hiện nhiệt độ vượt quá giới hạn hoặc phát hiện khói, khí gas.

 Chân VCC (+5V) : cung cấp nguồn dương 5V để module sim hoạt đô ̣ng ổn định

 Chân GND : chân nối mass

Hình 3.2.Sơ đồ kết nối module sim900A với VĐK PIC16F877A

Khối điều khiển sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A, được kết nối với các khối hiển thị, khối cảm biến và khối module SIM thông qua các chân giao tiếp dữ liệu.

Hình 3.3.Sơ đồ chân kết nối của PIC16F877A

Chức năng chính các chân VĐK PIC16F877A được sử du ̣ng :

 Chân 1(MCLR) : Chân reset vi điều khiển về trạng thái ban đầu

Chân 2 (RA0) được sử dụng để kết nối với cảm biến nhiệt độ, nhận dữ liệu từ cảm biến nhiệt LM35, sau đó xử lý thông tin và gửi tin nhắn cảnh báo.

 Chân 13,14(OSC1,OSC2): chân kết nối vớ i dao đô ̣ng tha ̣nh anh tần số 20MHz để vi xƣ̉ lý hoa ̣t đô ̣ng

 Chân 11,33 (VCC) : kết nối nguồn 5V để vi xƣ̉ lý hoa ̣t đô ̣ng

 Chân 34 (RB1) : được nối với còi báo tín hiê ̣u Khi có cảnh báo thì còi báo sẽ đƣợc bật

 Chân 36 (RB3) : được nối với cảm biến MQ -5 để phát hiện khí gas và khói từ đó gửi dữ liệu về cho vi điều khiển xử lý

 Chân 37,38,39,40 (RB4,RB5,RB6,RB7) : chân kết nối vớ i khối công suất để điều khiển các relay bâ ̣t/tắt các thiết bi ̣

 Chân 25(TX): truyền dƣ̃ liê ̣u tƣ̀ vi xƣ̉ lý đến khối module sim900A để gƣ̉i tin nhắn thông báo tra ̣ng thái

 Chân 26(RX): nhận dƣ̃ liê ̣u tƣ̀ module sim để xƣ̉ lý điều khiển các relay bật/tắt thiết bi ̣

Chân 19, 20, 21, 27, 28, 29, 30 (RD0, RD1, RD2, RD4, RD5, RD6, RD7) được kết nối với khối hiển thị LCD để hiển thị tình trạng gửi nhận tin nhắn, trạng thái bật tắt thiết bị và nhiệt độ.

Khối điều khiển relay sử dụng transistor, diode và relay để xử lý dữ liệu nhận được, từ đó điều khiển relay đóng/ngắt nhằm bật tắt các thiết bị.

Khối công suất này bao gồm 4 relay để điều khiển 4 thiết bị, và nguyên lý hoạt động của các relay này là tương tự nhau Do đó, trong mục này, chúng tôi sẽ chỉ trình bày chi tiết về một trong bốn khối nhỏ trong khối công suất này.

Nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng của khối relay :

Khi nhận tín hiệu điều khiển bật thiết bị, vi điều khiển sẽ xuất ngõ ra ở port tương ứng là mức 0, dẫn đến chân P2.7 nhận mức 0V Lúc này, transistor PNP (Q50) sẽ dẫn nguồn 5V từ cực E sang cực C Tiếp theo, tại cực B của transistor NPN (Q1) có nguồn điện 12V, làm cho transistor NPN (Q1) hoạt động.

48 dẫn điê ̣n tƣ̀ cƣ̣c C sang cƣ̣c E tƣ̀ đó dòng điê ̣n đủ để relay đóng và điều khiển bâ ̣t thiết bi ̣

Khi nhận tín hiệu điều khiển tắt thiết bị, vi điều khiển sẽ xuất ngõ ra ở port tương ứng là mức 1 Lúc này, cực B của transistor PNP (Q50) nhận điện áp 5V, dẫn đến việc không phân cực, vì vậy không có dòng điện đi từ E sang C Điều này khiến chân B của transistor NPN (Q1) cũng không phân cực, dẫn đến việc không có dòng điện từ C sang E, khiến relay ngắt và thiết bị tắt.

 Để tránh làm chết transistor khi tiếp xúc với dòng điê ̣n cao , dùng diot để ngăn dòng diện chạy ngƣợc lại khi relay đóng

THI CÔNG PHẦN MỀM

Phần mềm được phát triển để quản lý và điều khiển các khối phần cứng, đảm bảo tính chặt chẽ và chính xác Nó cần đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đề ra, nhằm tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống.

Toàn bộ phần mềm của đồ án này đều đƣợc lập trình trên phần mềm CCS Compiler

3.2.2.Xây dựng lưu đồ thuâ ̣t toán

Module SIM900 nhận tin nhắn SMS và thông báo cho vi điều khiển PIC16F877A Sau đó, PIC16F877A xử lý tin nhắn và gửi thông báo tới số điện thoại đã được lập trình sẵn.

Sau khi cài đặt cấu hình cho Module SIM900, bước tiếp theo là xây dựng lưu đồ để phát triển chương trình Trong đồ án này, chúng ta cần tạo các lưu đồ mô tả hoạt động của hệ thống, từ đó viết chương trình phần mềm cho toàn bộ hệ thống hoạt động một cách đồng nhất.

 Lưu đồ chương trình chính diễn tả hoạt động tổng thể của hệ thống

 Lưu đồ xử lý tin nhắn

 Lưu đồ điều khiển thiết bị

 Lưu đồ thể hiê ̣n chương trình ngắt

 Lưu đồ xử lý cảm biến

3.2.2.1.Lưu đồ chương trình chính

Khi khởi động chương trình hoặc thực hiện Reset, chip điều khiển sẽ trở về trạng thái ban đầu, khởi tạo các thanh ghi và biến, đồng thời thiết lập mạng GSM cho Module SIM.

Kiểm tra có tin nhắn mới hay không Nếu có sẽ nhận và lưu tin nhắn đó; nếu không có tin nhắn mới sẽ tiếp tục kiểm tra

Sau khi nhận và lưu trữ tin nhắn, cần tiến hành kiểm tra nội dung để đảm bảo tính chính xác và đúng cú pháp điều khiển đã quy định, sau đó gửi tin nhắn phản hồi kết quả điều khiển.

Nếu nội dung và cú pháp chính xác, hệ thống sẽ thực hiện lệnh điều khiển từ tin nhắn và gửi phản hồi về kết quả điều khiển Sau đó, hệ thống sẽ quay lại để kiểm tra tin nhắn trong chu kỳ lặp lại.

Nếu tin nhắn không đúng nội dung hoặc cú pháp, mạch sẽ không thực hiện điều khiển Đồng thời, nó sẽ gửi tin nhắn phản hồi thông báo về lỗi cú pháp và kết thúc chu kỳ điều khiển.

Lưu đồ chương trình chính được xây dựng như sau :

Khởi tạo các port,khởi tạo ngắt,khởi tạo cho sim 900A và gửi tin nhắn

Nhận tin nhắn và lưu tin nhắn

Xử lý tin nhắn và xóa tin nhắn

Kiểm tra cú pháp tin nhắn Điều khiển thiết bị

Gửi tin nhắn phản hồi

Hình 3.10.lưu đồ giải thuật chương trình chính

Giải thích sơ đồ cụ thể việc xử lý :

Khi bắt đầu hoạt động, vi điều khiển sẽ khởi tạo module SIM900A và thiết lập truyền dữ liệu qua chuẩn RS232 Quá trình này bao gồm việc cài đặt tốc độ baudrate, chân truyền dữ liệu, chân nhận dữ liệu của vi điều khiển cùng với các thông số liên quan để đảm bảo việc truyền dữ liệu diễn ra suôn sẻ.

Việc cài đặt module SIM900 yêu cầu nhiều lệnh được vi điều khiển PIC16F877A gửi đến SIM900 để thiết lập các thông số cần thiết Sơ đồ dưới đây minh họa quá trình này một cách cụ thể.

Vi điều khiển sẽ gửi 3 lần lệnh AT cho sim900 để chắc chắn Module Sim900 đã sẵn sàng hoạt động Kết quả trả về sẽ là OK

Lệnh này thiết lập quá trình truyền nhận tin nhắn ở chế độ text, giúp xử lý tin nhắn dễ dàng hơn Mặc định, sim900 sẽ truyền nhận tin nhắn ở chế độ PDU.

Để thiết lập chế độ thông báo cho vi điều khiển nhận biết khi có tin nhắn mới, sim900 sẽ gửi một chuỗi ký tự bắt đầu bằng +CMTI mỗi khi có tin nhắn mới Nhờ vào chuỗi ký tự này, vi điều khiển PIC16F877A có thể xác định được thời điểm có tin nhắn và khi nào không có tin nhắn.

Lệnh này được sử dụng để xóa tin nhắn tại ngăn số 1, nơi chứa tin nhắn mới Mỗi khi có tin nhắn mới, chúng sẽ được lưu trữ tại ngăn này Sau khi xử lý các tin nhắn, lệnh sẽ được thực hiện lại để đảm bảo rằng trong suốt quá trình hoạt động, mọi tin nhắn mới luôn được giữ trong ngăn số 1.

Sau khi hoàn tất việc khởi tạo các thông số cho Module SIM và thiết lập truyền nhận dữ liệu, hệ thống sẽ chuyển sang trạng thái chờ nhận tin nhắn SMS mới Khi có thông báo về tin nhắn mới, vi điều khiển sẽ tiếp nhận và xử lý tin nhắn, sau đó gửi phản hồi đến số điện thoại đã gửi tin nhắn Phần xử lý tin nhắn sẽ được trình bày chi tiết trong các phần tiếp theo.

3.2.2.2.Lưu đồ xử lý tin nhắn mới

Sau khi nhận đƣợc tin nhắn mới, vi điều khiển PIC16F877A sẽ thực hiện việc đọc tin nhắn, xử lý các thông tin có trong chuỗi nhận về

Sau khi Module SIM nhận tin nhắn, chip điều khiển sẽ xử lý nội dung tin nhắn theo cú pháp đã được lập trình Nó so sánh nội dung tin nhắn với các ký tự quy định sẵn trong chip để điều khiển ngõ ra một cách chính xác.

Nếu tin nhắn được gửi đúng cú pháp và nội dung đã quy định, thiết bị sẽ được điều khiển theo ngõ ra tương ứng và một tin nhắn phản hồi sẽ được gửi để báo cáo kết quả điều khiển.

KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN