(Đồ án tốt nghiệp) Xây dựng hệ thống giám sát mực nước, nhiệt độ và phát cảnh báo qua mạng tin nhắn

Xây dựng hệ thống giám sát mực nước, nhiệt độ và phát cảnh báo qua mạng tin nhắn SMS/GSM

SVTH : Bùi Tấn Tài – CCVT03A i

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn đến quý Thầy, Cô trường Cao đẳng CNTT Hữu Nghị

Việt – Hàn, những người trực tiếp giảng dạy, truyền đạt những kiến thức bổ ích cho

em, đó chính là những nền tảng cơ bản, là những hành trang vô cùng quý giá, là bước

đầu tiên cho em bước vào sự nghiệp sau này trong tương lai. Đặc biệt là thầy Trần

Trung Tín, đã giúp đỡ em trong một tháng qua, giải đáp những thắc mắc trong quá

trình kiến tập. Nhờ đó, em mới có thể hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này

Trong quá trình làm đồ án, vì chưa có kinh nghiệm thực tế, chỉ dựa vào lý thuyết

đã học cùng với thời gian hạn hẹp nên bài báo cáo tốt nghiệp chắc chắn sẽ không tránh

khỏi những sai sót. Kính mong nhận được sự góp ý, chia sẽ từ quý Thầy, Cô và các

bạn để kiến thức của em ngày càng hoàn thiện hơn và rút ra những kinh nghiệm bổ ích

có thể áp dụng vào thực tiễn một cách hiệu quả trong tương lai

Kính chúc thầy cô luôn vui vẻ, hạnh phúc, dồi dào sức khỏe và thành công trong

công việc

Em xin chân thành cảm ơn

Đà Nẵng,ngày 29 tháng 05 năm 2013

Bùi Tấn Tài

Xây dựng hệ thống giám sát mực nước, nhiệt độ và phát cảnh báo qua mạng tin nhắn SMS/GSM

SVTH : Bùi Tấn Tài – CCVT03A ii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................i

MỤC LỤC ..................................................................................................................... ii

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT.............................................................................................v

DANH MỤC BẢNG ................................................................................................... vii

DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... viii

MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG GSM VÀ DỊCH VỤ NHẮN TIN NHẮN

SMS.................................................................................................................................3

1.1 TỔNG QUÁT VỀ TIN NHẮN SMS..................................................................3

1.1.1 Giới thiệu về SMS ........................................................................................3

1.1.2 Cấu trúc của một tin nhắn SMS.................................................................5

1.1.3 Tin nhắn SMS chuỗi ....................................................................................5

1.1.4 SMS CENTER/SMSC .................................................................................5

1.1.5 Nhắn tin SMS quốc tế..................................................................................6

1.2 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG GSM.....................7

1.2.1 Giới thiệu về hệ thống thông tin di động GSM .........................................7

1.2.2 Đặc điểm của hệ thống thông tin di động GSM........................................7

1.2.3 Cấu trúc của hệ thống thông tin di động GSM.........................................8

1.2.3.1 Cấu trúc tổng quát.................................................................................8

1.2.3.2 Các thành phần của hệ thống thông tin di động GSM........................8

1.2.4 Sử phát triển của hệ thống thông tin di động ở Việt Nam .......................9

CHƯƠNG 2. VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A...........................................................10

2.1. GIỚI THIỆU PIC (Programmable Intelligent Computer ). ........................10

2.1.1. Giới thiệu về vi điều khiển PIC................................................................10

2.1.2. Ưu và nhược điểm của PIC......................................................................11

2.2GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PIC16F877A ...............................................11

2.2.1 Giới thiệu về PIC16F877A ........................................................................11

2.2.2 Sơ đồ khối của PIC 16F877A....................................................................14

2.3 KHẢO SÁT SƠ ĐỒ CHÂN, CHỨC NĂNG TỪNG CHÂN .........................15

2.3.1 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F877A ....................................................15

2.3.2 Tổ chức bộ nhớ...........................................................................................17

Xây dựng hệ thống giám sát mực nước, nhiệt độ và phát cảnh báo qua mạng tin nhắn SMS/GSM

SVTH : Bùi Tấn Tài – CCVT03A iii

2.3.2.1 Bộ nhớ chương trình...........................................................................17

2.3.2.2 Bộ nhớ dữ liệu .....................................................................................19

2.3.3 Các cổng I/O của PIC16F877A.................................................................19

2.4 BỘ CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ - SỐ (ADC) ................................................22

2.4.1 Kết quả chuyển đổi AD .............................................................................22

2.4.2 Các bước chuyển đổi từ tương tự - số ......................................................23

2.4.3 Các thanh ghi ADC....................................................................................24

2.5 BỘ SO SÁNH COMPARATOR......................................................................24

2.6 TRUYỀN THÔNG NỐI TIẾP EUART..........................................................26

2.6.1 Bộ EUSART hoạt động trong chế độ bất đồng bộ..................................26

2.6.1.1 Bộ phát bất đồng bộ EUSART ............................................................27

2.6.1.2 Bộ thu bất đồng bộ EUSART..............................................................28

2.6.1.3 Độ chính xác của xung clock với hoạt động không đồng bộ ...........30

2.6.2 Bộ EUSART hoạt động trong chế độ đồng bộ .......................................32

2.7 HOẠT ĐỘNG ĐỊNH THỜI TIMER...............................................................32

2.7.1 Bộ định thời TIMER0................................................................................32

2.7.2 Bộ định thời TIMER1................................................................................34

2.7.3 Bộ định thời TIMER2................................................................................36

2.8 NGẮT (INTERRUPT)......................................................................................37

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẢM BIẾN VÀ PHÁT

CẢNH BÁO MỰC NƯỚC, NHIỆT ĐỘ QUA MẠNG TIN NHẮN SMS..............39

3.1 GIỚI THIỆU MODULE SIM900, TẬP LỆNH AT COMMAND................39

3.1.1 Giới thiệu module SIM900 ........................................................................39

3.1.2 Đặc điểm của module SIM900 ..................................................................40

3.1.3 Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân .........................................42

3.1.4 Khảo sát tập lệnh AT của module SIM900 ............................................44

3.2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG ................................................................................46

3.3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG................................................................................47

3.3.1 Cảm biến.....................................................................................................47

3.3.1.1 Led phát................................................................................................47

3.3.1.2 Led thu .................................................................................................48

3.3.1.3 Cảm biến nhiệt độ LM35.....................................................................48

Xây dựng hệ thống giám sát mực nước, nhiệt độ và phát cảnh báo qua mạng tin nhắn SMS/GSM

SVTH : Bùi Tấn Tài – CCVT03A iv

3.3.2 Nguồn cung cấp cho hệ thống ...................................................................49

3.3.3 Đèn báo .......................................................................................................50

3.3.4 Vi điều khiển PIC 16F877A ......................................................................51

3.3.5 Sơ đồ mạch..................................................................................................52

3.4. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT...................................................................................53

3.4.1. Lưu đồ giải thuật tổng quát chương trình chính ..................................53

3.4.2 Lưu đồ thuật toán chương trình con kiểm tra mực nước .....................54

3.4.3 Lưu đồ giải thuật chương trình con Cấu hình GSM..............................55

3.4.4 Lưu đồ giải thuật chương trình gửi tin nhắn ..........................................56

CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA HỆ THỐNG ......................................57

4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC....................................................................................57

4.2 HÌNH ẢNH HOẠT ĐỘNG ..............................................................................57

KẾT LUẬN ..................................................................................................................64

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................65

PHỤ LỤC .....................................................................................................................66

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN.....................................................82

Xây dựng hệ thống giám sát mực nước, nhiệt độ và phát cảnh báo qua mạng tin nhắn SMS/GSM

SVTH : Bùi Tấn Tài – CCVT03A v

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Từ viết

tắt Thuật ngữ tiếng Anh Thuật ngữ tiếng Việt

SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn ngắn

PIC Programmable Interface Controller Giao diện điều khiển lập trình

GSM Global System for Mobile

Communications

Hệ thống thông tin di động số

toàn cầu

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo thời

gian

3GPP Third Generation Partnership Project Dự án cộng tác bên thứ ba

ETSI European Telecommunications

Standards Institute

Viện các tiêu chuẩn viễn thông

Châu Âu

WAP Wireless Application Protocol Giao thức Ứng dụng Không

dây

SIM Subscriber Identity Module Module nhận dạng thuê bao

SMSC Short message Service Centre Trung tâm dịch vụ tin nhắn ngắn

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

EDGE Enhanced Data Rates for Global

Evolution

Nâng cao tốc độ truyền dữ liệu

TDM Time Division Multiplexing Điều chế phân chia theo thời

gian

NSS Network Switching Subsystem Mạng chuyển mạch hệ thống

con

BSS Base Station Subsystem Hệ thống trạm cơ sở phụ

MS Mobile Station Trạm di động

OSS Operation Subsystem Hoạt động hệ thống phụ

AUC Authentication Center Trung tâm nhận thực

VLR Visitor Location Register Địa chỉ đăng kí truy cập

HLR Home Location Register Địa điểm đăng kí thường trú

EIR Equipment Identity Register Bộ ghi nhận dạng thiết bị.

Xây dựng hệ thống giám sát mực nước, nhiệt độ và phát cảnh báo qua mạng tin nhắn SMS/GSM

SVTH : Bùi Tấn Tài – CCVT03A vi

MSC Mobile-services Switching Centrer Trung tâm chuyển mạch các

dịch vụ mạng.

BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc.

PSPDN Packet Switch Public Data Network Mạng chuyển mạch số liệu

công cộng

CSPDN Circuit Switched Public Data Network Mạng số liệu công cộng chuyển

mạch kênh.

PSTN Public Switch Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch

công cộng.

PLMN Public Land Mobile Network Mạng di động mặt đất.

ISDN Integrated Services Digital network Mạng số dịch vụ tích hợp.

OMC Operation and Maintenance Center Trung tâm khai thác và bảo

dưỡng.

ADC Analog Digital Converter Bộ chuyển đổi tín hiệu từ

analog sang digital

PWM Pulse Width Modulation Phương pháp điều chỉnh điện áp

PSP Parallel Slave Port Cổng phụ song song

USB Universal Serial Bus Cổng nối tiếp chung

SPI Serial Peripheral Interface Giao tiếp ngoại vi nối tiếp

Xây dựng hệ thống giám sát mực nước, nhiệt độ và phát cảnh báo qua mạng tin nhắn SMS/GSM

SVTH : Bùi Tấn Tài – CCVT03A vii

DANH MỤC BẢNG

Bảng Tên Trang

2.1 Bảng so sánh chức năng của

PIC16F877A và AT89C51

11

2.2 Bảng mô tả các chức năng từng chân của

PIC

15

3.4 Bảng mô tả các chức năng từng chân của

SIM900

42

Xây dựng hệ thống giám sát mực nước, nhiệt độ và phát cảnh báo qua mạng tin nhắn SMS/GSM

SVTH : Bùi Tấn Tài – CCVT03A viii

DANH MỤC HÌNH

Hình Tên Trang

1.1 Cấu trúc của hệ thống thông tin di động GSM 8

1.2 Các thành phần hệ thống GSM 8

2.1 Sơ đồ khối Vi điều khiển Pic16F877A 14

2.2 Sơ đồ chân vi điều khiển Pic16F877A 15

2.3 Bộ nhớ chương trình Pic 16F877A 18

2.4 Địa chỉ thanh ghi của Pic 16F877A 19

2.5 Sơ đồ khối của AD 22

2.6 Chu kỳ xung clock và tần số làm việc của ADC 22

2.7 Các cách lưu kết quả chuyển đổi 10bit A/D 23

2.8 Các thanh ghi liên quan đến bộ điều khiển A/D 24

2.9 Nguyên lý hoạt động của một bộ so sánh đơn giản 25

2.10 Sơ đồ khối đơn giản của bộ Comparator 25

2.11 Các thanh ghi liên quan đến bộ so sánh 26

2.12 Sơ đồ khối bộ truyền dữ liệu EUSART bất đồng bộ 28

2.13 Các thanh ghi liên quan đến quá trình truyền bất đồng bộ 28

2.14 Sơ đồ khối bộ nhận dữ liệu EUSART bất đồng bộ 29

2.15 Các thanh ghi liên quan đến quá trình nhận dữ liệu bất đồng

bộ

30

2.16 Cấu tạo thanh ghi TXSTA 30

2.17 Cấu tạo thanh ghi RCSTA 31

2.18 sơ đồ khối bộ định thời Timer0 33

2.19 Các thanh ghi liên quan đến bộ định thời Timer0 34

2.20 T1CON: Thanh ghi điều khiển Timer1 35

2.21 Sơ đồ khối Timer1 35

2.22 ác thanh ghi liên quan đến bộ định thời Timer1 36

2.23 T2CON: Thanh ghi điều khiển Timer2 37

2.24 Sơ đồ khối của bộ định thời Timer2 37

2.25 Các thanh ghi liên quan đến bộ định thời Timer2 37

Xây dựng hệ thống giám sát mực nước, nhiệt độ và phát cảnh báo qua mạng tin nhắn SMS/GSM

SVTH : Bùi Tấn Tài – CCVT03A ix

3.1 Module Sim900 42

3.2 Sơ đồ chân của Module Sim900 42

3.3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thiết bị bằng SMS 46

3.4 Sơ đồ mạch led thu với bộ so sánh tương đương 48

3.5 Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ LM35 48

3.6 Sơ đồ mạch nguồn cung cấp cho hệ thống 49

3.7 Sơ đồ mạch dèn báo hiệu 50

3.8 Sơ đồ mạch vi điều khiển PIC16F877A 51

3.9 Sơ đồ mạch cảm biến hồng ngoại 52

4.1 Hệ thống được cấp nguồn và sẵng sàng hoạt động 57

4.2 Tin nhắn đã được gửi tới điện thoại 58

4.3 Cảm biến đầu tiên hoạt động khi đổ nước vào 59

4.4 Tin nhắn đã được gửi tới điện thoại 59

4.5 Cảm biến thứ hai hoạt động khi đổ nước vào 60

4.6 Tin nhắn đã được gửi tới điện thoại 60

4.7 Cảm biến thứ ba hoạt động khi đổ nước vào 61

4.8 Tin nhắn đã được gửi tới điện thoại 61

4.9 Cảm biến thứ tư hoạt động khi đổ nước vào 62

4.10 Tin nhắn đã được gửi tới điện thoại 62

4.11 Tin nhắn đã được gửi tới điện thoại 63