Đề tài Điều khiển thiết bị trong nhà từ xa bằng tin nhắn SMS

Đồ án tốt nghiệp - i - PHẦN A GIỚI THIỆU Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc Thành Phố Hồ Chí Minh ----oΟo---- ----oΟo---- KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên : Phạm Văn Nam MSSV:04101101 Nguyễn Trọng Kiên MSSV:04101081 Khoa : Điện - Điện tử Ngành : Kỹ thuật Điện – Điện Tử Lớp : 04101 Khóa : 2004 – 2009 1. Tên đề tài: Điều khiển thiết bị trong nhà từ xa bằng tin nhắn SMS. 2. Cơ sở ban đầu: ............................................................................................................ …………………………………………………………………………….................. ……………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………….. 3. Nội dung các phần thuyết minh: …………………………………………………... ..................................................................................................................................... ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. 4. Các bản vẽ: ………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. 5. Giáo viên hướng dẫn: TRẦN THU HÀ 6. Ngày giao nhiệm vụ: 7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Thông qua bộ môn Ngày … tháng… năm 2008 Ngày … tháng… năm 2008 Giáo viên hướng dẫn Chủ nhiệm bộ môn Trần Thu Hà Đồ án tốt nghiệp - iii - LỜI MỞ ĐẦU Tới nay, đã 62 năm sau khi bóng bán dẫn được phát minh, linh kiện nhỏ bé tương ứng với trạng thái bật - tắt này đã thay đổi cả thế giới bằng sự có mặt trong mọi thiết bị điện tử hiện đại như điện thoại di động, máy tính, máy nghe nhạc... Những máy tính điện tử đầu tiên như ENIAC dùng các ống chân không, tương tự như bóng đèn điện, để tính toán. Máy tính đặt trong một phòng lớn và cần nhiều chuyên viên vận hành. Ngày nay công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn có những phát triển thực sự bùng nổ, đậm nét để hỗ trợ cho sự phát triển của công nghệ thông tin, và sự tự động hóa trong công nghiệp … Với độ tích hợp ngày càng cao, công suất tiêu tán bé hơn, thông minh hơn, nó đã làm thay đổi hẳn cấu trúc của nền công nghiệp hiện tại. Chính sự phát triển vượt bậc đó của công nghệ bán dẫn mà những ứng dụng triệt để, không ngừng của nó và của khoa học kỹ thuật tiên tiến đã làm thế giới của chúng ta đã và đang làm thay đổi thế giới của chúng ta từng ngày theo hướng hiện đại hơn, văn minh hơn ... Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như độ chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ. Đó là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao. Chính vì lẽ đó mà ngày nay điện tử trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ, đa chức năng. Công nghệ điện tử đã trở thành một lĩnh vực không thể thiếu trong thế giới hiện đại. Điện tử đã và đang đáp ứng những nhu cầu, những đòi hỏi ngày càng cao và không ngừng từ tất cả các lĩnh vực công-nông-ngư-nghiệp cho đến những nhu cầu thiết yếu đời sống hàng ngày của con người. Một trong những ứng dụng rất quan trọng và khá đặc trưng của công nghệ điện tử là kỹ thuật tự động điều khiển từ xa. Nó đã góp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bị từ xa, được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực của đời sống. Công nghệ điện tử trở thành một khâu mấu chốt trong trong hệ thống thông tin liện lạc. Các ứng dụng của nó trong hệ thống thông tin liên lạc vào các lĩnh vực văn hóa, kinh tế, khoa học, đặc biệt là khoa học không gian ngày càng phổ biến rộng rãi và giữ một vai trò không thể thiếu. Chính vì thế mà xã hội loài người đã phát triển không ngừng. Thêm vào đó là trong vài năm gần đây, mạng Internet đã phát triển mạnh mẽ do bởi có nhiều nhà cung cấp dịch vụ ra đời, bên cạnh đó máy tính ngày càng có chất lượng được cải tiến đồng thời giá thành vừa phải với mọi tầng lớp xã hội tạo ra bước ngoặt quan trọng trong lĩnh vực thông tin để đáp ứng nhu cầu nhiều mặt của con người. Hiện nay, do nhu cầu sử dụng các hệ thống, thiết bị tự động của người dân ngày càng tăng. Đồng thời, mạng điện thoại di động phát triển rộng khắp và các thiết bị điện thoại di động ngày càng có mức giá phù hợp với người dân. Đó là những mặt thuận lợi của việc hình thành ý tưởng điều khiển các thiết bị bằng cách sử dụng các tin nhắn SMS. Đây là một hình thức điều khiển thiết bị thuận lợi, tiết kiệm được nhiều thời gian cho việc điều khiển thiết bị, vừa tiết kiệm được chi phí lắp đặt khi sử dụng. Đồ án tốt nghiệp - iv - Xuất phát từ ý tưởng và tình hình thực tế nêu trên, chúng tối quyết định chọn đề tài “ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA QUA TIN NHẮN SMS”. Đề tài này được chia làm ba phần như sau: Phần A: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI. Phần B: NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI. Phần C: PHỤ LỤC. Đồ án tốt nghiệp - v - LỜI CẢM TẠ Trên con đường học vấn của mình, tới nay chúng em đã đi qua bao chặng đường từ tiểu học, trung học cơ sở, trung học phổ thông và hiện bây giờ là giảng đường Đại học. Và cứ đi qua mỗi chặng đường như vậy thì chúng em lại như được lớn hơn, trưởng thành hơn cả trong kiến thức chuyên sâu lẫn trong suy nghĩ. Với chúng em thì môi trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật với quãng thời gian dài 5 năm đã trở thành một khoảng thời gian không thể nào quên. Ở ngôi trường này, chúng em đã tiếp thu, học tập được biết bao những kiến thức chuyên môn trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật. Không những thế Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật còn là nơi cho chúng em tôi luyện, rèn giũa ngọn lửa tinh thần, lòng say mê khoa học. Hơn thế nữa, tất cả những điều đó sẽ trở thành hành trang tốt cho chúng em, để cho chúng em thêm vững bước trên con đường sự nghiệp của mình. Chúng em xin gửi lời chân thành cảm ơn tới mỗi ngôi trường thân yêu mà chúng em đã đi qua. Chúng em sẽ nhớ mãi và ghi lòng tạc dạ những công lao to lớn của các thầy cô đã dìu dắt chúng em từ những bước đi chập chững để trở thành một người công dân có ích cho xã hội, cho tổ quốc như ngày hôm nay. Kính lời cảm ơn khoa Điện tử cùng các thầy cô của Khoa đã hết sức cố gắng, nhiệt tình truyền thụ cho chúng em không chỉ những kiến thức chuyên môn quí báu trong lĩnh vực khoa học công nghệ điện tử mà còn là những kinh nghiệm sư phạm quí báu. Bên cạnh đó còn tạo những điều kiện hết sức thuận lợi để chúng em có được môi trường, những điều kiện học tập tốt nhất. Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cô Trần Thu Hà. Cô đã trực tiếp hướng dẫn, theo sát, ân cần chỉ bảo chúng em từng bước, kịp thời một cách nhiệt tình từ khi bắt đầu đồ án cho tới khi hoàn thành đồ án. Bên cạnh đó, gia đình đã trở thành nguồn động viên to lớn về vật chất lẫn tình thần không thể thiếu giúp chúng em thêm can đảm, tự tin để hoàn thành đồ án này. Xin gửi lời biết ơn vô vàn tới cha, mẹ đã luôn ủng hộ con trong suốt thời gian làm đồ án. Cuối cùng là lời cảm ơn chân thành tới các bạn đồng nghiệp đã có những giúp đỡ kịp thời, những đóng góp ý kiến thật lòng trong suốt thời gian làm đồ án, giúp cho đồ án hoàn thiện hơn. Tp. Hồ chí Minh_ tháng… năm 2008. Thay mặt nhóm thực hiện Phạm Văn Nam Đồ án tốt nghiệp - vi - MỤC LỤC Trang Phần A Giới thiệu ………………………………………………………………..i Nhiệm vụ đề tài ………………………………………………………………………ii Lời mở đầu ………………………………………………………………………… iii Lời cảm tạ …..…………………………………………………………………….iv Mục lục …………………………………………………………………………….vi Danh mục các bảng ………….……………………………………………………x Danh mục các hình ……………………………………………………………….xi Phần B Nội dung ……………………………………………………………….1 Chương 1 Dẫn nhập ………………………………………………………………2 1.1. Giới thiệu đề tài …..….…………………………………………………2 1.2. Ý nghĩa khoa học của đề tài ……..………………………………………..3 1.3. Mục đích nghiên cứu ……………………………………………………….3 1.4. Giới hạn đề tài ………..…...………………………………………………4 Chương 2 Cơ sở lí luận ………………………………………………………….5 2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước ….……..….…………………5 2.1.1 Ngoài nước ..…………………………………………………………5 2.2.1 Trong nước …..………………………………………………………7 2.2. Ý tưởng thiết kế ….….……………………………………………………8 2.3. Đề cương nghiên cứu chi tiết ….…..………………………………………8 2.4. Phương pháp nghiên cứu ….…………………………………………….9 2.5. Phương tiện nghiên cứu ……..……………………………………………9 2.6. Kế hoạch thực hiện ………………………………………………………..9 Chương 3 Truyền dữ liệu và giao tiếp máy tính ………………………………10 3.1. Tổng quan về tin nhắn SMS ………………………………………………10 3.1.1 Giới thiệu về SMS …..……………………………………………10 3.1.2 Cấu trúc một tin nhắn SMS ………………………………………..10 3.1.3 Tin nhắn SMS chuỗi/tin nhắn SMS dài ………………….…………..12 3.1.4 SMS centre/SMSC …………………………………………………13 3.1.5 Nhắn tin SMS quốc tế ……………………………………………..13 3.1.6 SMS Gateway ……….…………………………………………..14 3.1.7 Mã nguồn mở và phần mềm SMS gateway …………………………17 3.2. Tổng quan về hệ thống truyền dữ liệu .…………………………………..17 Đồ án tốt nghiệp - vii - 3.2.1 Cấu trúc một hệ thống thông tin ………………………………….17 3.2.2 Phân loại các hệ thống thông tin …………………………………19 3.2.2.1. Phân loại theo đường truyền ………………………………19 3.2.2.2. Phân loại theo tín hiệu trên đường truyền ……………….19 3.2.2.3. Phân loại theo số bit trên một đường dây ………………….19 3.2.2.4. Phân loại dựa vào xung nhịp đồng hồ Ck của bộ phát và bộ thu ..19 3.2.2.5. Phân loại theo chiều tín hiệu trên đường truyền ……………….19 3.2.3 Giao tiếp song song bất đồng bộ …………………………………19 3.2.3.1. Sơ đồ khối …………………………………………………..19 3.2.3.2. Hoạt động của hệ thống ……………………………………21 3.2.4 Giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ ……………………………………21 3.2.4.1. Phát dữ liệu nối tiếp ………………………………………..22 3.2.4.2. Thu dữ liệu nối tiếp …………………………………………..22 3.3. Kỹ thuật ghép nối và giao tiếp máy tính ………………………………….23 3.3.1 Cổng nối tiếp RS232 …………………………………………….23 3.3.1.1 Giới thiệu ………………………………………………….…23 3.3.1.2 Các loại kết nối ……………………………………………23 3.3.1.3 Đặc tính điện …………………………………………….25 3.3.1.4 Các phương pháp giao tiếp ……………………………………..25 3.3.1.5 Thủ tục giao tiếp …………………………………………….27 3.3.1.6 Các loại cáp ………………………………………………..27 3.3.1.7 Thủ tục truyền nhận ………………………………………29 3.3.2 Giao tiếp điện thoại với máy tính qua USB Modem ………………….30 3.3.2.1 Giới thiệu ……………………………………………………30 3.3.2.2 Cài đặt và sử dụng Driver cho USB Modem ………………..31 3.3.2.3 Kiểm tra Com Portname …………………………………..35 3.3.2.4 Kiểm tra những Mobile phone được hỗ trợ tập lệnh AT ………38 Chương 4 Thiết kế ………………………………………………………………40 4.1. Phương án thiết kế ….………………………………………………………..40 4.2. Sơ đồ khối toàn hệ thống và chức năng từng khối ….……………………40 4.3. Sơ đồ nguyên lí phần cứng hệ thống. …………………………………….42 4.4. Sơ đồ nguyên lí các khối của hệ thống ..…………………………………43 4.4.1 Khối xử lí trung tâm ……………………………………….…………..43 4.4.2 Khối cảm biến ………………………………………………………….63 Đồ án tốt nghiệp - viii - 4.4.3 Khối giao tiếp LCD và Keypad ………………………………………..66 4.4.4 Khối công suất …………………………………………………………76 Chương 5 Xây dựng phần mềm điều khiển ……………………………………81 5.1. Xây dựng phần mềm điều khiển cho phần cứng …………………………….81 5.2. Xây dựng phần mềm điều khiển trên máy tính ………………………….84 Chương 6 Thi công ……………………………………………………………90 6.1. Thi công phần cứng …..………………………………………………….90 6.2. Giao diện phần mềm trên máy tính ……………..………………………94 Chương 7 Kết luận ………………………………………………………………95 7.1. Tóm tắt …..………………………………………………………………95 7.2. Hướng phát triển đề tài ……….…………………………………………97 Phần C Phụ lục ………………………………………………………………98 Hướng dẫn sử dụng phần mềm ………………………………………………150 Tài liệu tham khảo ……………………………………………………………153 Đồ án tốt nghiệp - ix - DANH MỤC CÁC BẢNG CHƯƠNG 3 Bảng 1 Chức năng các chân của chuẩn RS232 loại 9 chân và 25 chân. ………..24 Bảng 2 Kết nối loại 9 chân với 25 chân chuẩn RS232. ………………………27 Bảng 3 Kết nối loại 25 chân với 25 chân chuẩn RS232. ………………….27 Bảng 4 Kết nối loại 9 chân với 9 chân chuẩn RS232. ………………………..28 Bảng 5 Kết nối loại 9 chân với 25 chân chuẩn RS232. ……………………….28 CHƯƠNG 4 Bảng 6 Chọn xung cho ADECLARE. ………………………………………49 Bảng 7 Bảng lực chọn cấu hình điều khiển cho thanh ghi ADECLAREON1. ….51 Bảng 8 Thanh ghi hỗ trợ. ……………………………………………………60 Bảng 9 Thanh ghi liên quan. ………………………………………………..61 Bảng 10 Đặc tính điện của cảm biến LM35. ………………………………64 Bảng 11 Đặc tính điện của LCD. ……………………………………………68 Bảng 12 Đặc tính thời gian của LCD. ………………………………………69 Bảng 13 Các lệnh điều khiển hiển thị LCD. …………………………………70 Đồ án tốt nghiệp - x - DANH MỤC CÁC HÌNH CHƯƠNG 2 Hình 1 Các thiết bị kết nối với máy tính thông qua GSM modem. ……………….6 Hình 2 Kết nối các thiết bị với máy tính thông modem GSM. …………………….6 Hình 3 Sơ đồ khối điều khiển các thiết bị trong nhà thông qua mạng Internet. …7 CHƯƠNG 3 Hình 4 Một SMS gateway hoạt động như một relay giữa hai SMSC. ………….12 Hình 5 Một ứng dụng tin nhắn SMS dạng text kết nối các SMSC không cần SMS gateway. ………………………………………………………………………12 Hình 6 Một ứng dụng tin nhắn SMS dạng text kết nối các SMSC thông qua một SMS gateway. …………………………………………………………………….15 Hình 7 Một ứng dụng tin nhắn SMS dạng text kết nối một nhóm các điện thoại (hay các modem thông qua SMS gateway). ……………………………………..16 Hình 8 Sơ đồ một hệ thống thông tin. ……………………………………………17 Hình 9 Sơ đồ kết nối thu phát dữ liệu. ……………………………………………19 Hình 10 Cấu trúc giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ ………………………………….20 Hình 11 Quá trình thu nhận dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ. ………………………..21 Hình 12 Hình dạng đầu kết nối hai loại cáp 9 và 25 chân. ……………………….23 Hình 13 Cấu trúc một Frame dữ liệu thông thường. ……………………………..25 CHƯƠNG 4 Hình 14 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thiết bị điện bằng tin nhắn SMS. …..…..39 Hình 15 Sơ đồ nguyên lí hệ thống điều khiển thiết bị điện thông qua mạng tin nhắn SMS. ………………………………………………………………………………41 Hình 16 Sơ đồ chân của PIC 16F877A. …………………………………………..43 Hình 17 Sơ đồ kết nối PIC 16F877A. ……………………………………………44 Hình 18 Sơ đồ khối bên trong của PIC 16F877A. ………………………………..46 Hình 19 Cấu trúc thanh ghi ADECLAREN0. …………………………………..49 Hình 20 Cấu trúc thanh ghi ADELAREON1. ………………………………..50 Hình 21 Sơ đồ thời gian lấy mẫu. …………………………………………….52 Hình 22 Sơ đồ ngõ vào tương tự. ……………………………………………..53 Đồ án tốt nghiệp - xi - Hình 23 Sơ đồ chu kì Tad. ……………………………………………………..53 Hình 24 Bảng tổng hợp các bit và thanh ghi liên quan. …………………………54 Hình 25 Cấu tạo thanh ghi TXSTA. ………………………………………..55 Hình 26 Sơ đồ bộ truyền dữ liệu bất đồng bộ UART. ……………………….59 Hình 27 Sơ đồ nhận dữ liệu. …………………………………………………61 Hình 28 Sơ đồ kết nối cảm biến LM35 với PIC. ……………………………..62 Hình 29 Sơ đồ đặc tính của ứng dụng. ………………………………………63 Hình 30 Sơ đồ chân kết nối. …………………………………………………63 Hình 31 Sơ đồ kết nối vi điều khiển PIC với LCD và Keypad. ………………65 Hình 32 Hình dạng thực tế của LCD YM1602C (mặt trước và mặt sau). …....66 Hình 33 Sơ đồ chân của LCD trong thực tế. …………………………………….67 Hình 34 Cấu trúc theo sơ đồ khối của LCD ………………………………68 Hình 35 sơ đồ chẩn của IC Max232. ……………………………………….71 Hình 36 Sơ đồ cấu tạo bên trong và kết nối bên ngoài cho Max232. …………….72 Hình 37 Sơ đồ kết nối của PIC với thiết bị công suất. …………………………..75 Hình 38 Hình dạng thực tế, sơ đồ mạch điện và kí hiệu lý thuyết. ………………75 Hình 39 Đặc tuyến V-I của Triac. ………………………………………………..76 Hình 40 Các dạng nảy của Triac. ………………………………………………..77 Hình 41 Một ứng dụng của Triac trong mạch điện. ………………………………77 Hình 42 cấu trúc bên trong của Opto Moc3020. …………………………………78 CHƯƠNG 6 Hình 43 Sơ đồ bố trí linh kiện trên board mạch. …………………………………89 Hình 44 Sơ đồ chạy dây linh kiện của mạch trên lớp TOP. ………………….90 Hình 45 Sơ đồ chạy dây linh kiện trên lớp BOTTOM. ……………………….91 Hình 46 Mạch phần cứng thi công hoàn chỉnh. ………………………………92 Hình 47 Giao diện điều khiển, hiện thị của phần mềm trên máy tính. ………….93 Đồ án tốt nghiệp GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 1 -  PHẦN B NỘI DUNG Đồ án tốt nghiệp Chương 1 Dẫn Nhập GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 2 -  CHƯƠNG 1 DẪN NHẬP 1.1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật, công nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật tự động điều khiển đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp, cung cấp thông tin ... Do đó là một sinh viên chuyên ngành điện tử, chúng ta phải biết nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng. Bên cạnh đó còn là sự thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế nước nhà. Qua những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy và tham quan thực tế các doanh nghiệp sản xuất, chúng tôi đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất. Thêm vào đó, ngày nay hệ thống mạng điện thoại di động và các thiết bị điện thoại di động ngày càng được phổ biến trong cuộc sống. Cùng với đó là nhu cầu cuộc sống ngày càng tăng. Từ đó đã hình thành, nảy sinh một ý tưởng về việc điều khiển các thiết bị tự động trong nhà thông qua tin nhắn SMS. Như chúng ta cũng đã biết, gần như các thiết bị tự động trong nhà máy, trong đời sống của các gia đình ngày nay đều hoạt động độc lập với nhau, mỗi thiết bị có một quy trình sử dụng khác nhau tuỳ thuộc vào sự thiết lập, cài đặt của người sử dụng. Chúng chưa có một sự liên kết nào với nhau về mặt dữ liệu. Nhưng đối với hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua tin nhắn SMS thì lại khác. Ở đây, các thiết bị điều khiển tự động được kết nối với nhau thành một hệ thống hoàn chỉnh qua một một thiết bị trung tâm và có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu. Điển hình của một hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà từ xa thông qua tin nhắn SMS gồm có các thiết bị đơn giản như bóng đèn, quạt máy, lò sưởi đến các thiết bị tinh vi, phức tạp như tivi, máy giặt, hệ thống báo động … Nó hoạt động như một ngôi nhà thông minh. Nghĩa là tất cả các thiết bị này có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu thông qua một đầu não trung tâm. Đầu não trung tâm ở đây có thể là một máy vi tính hoàn chỉnh hoặc có thể là một bộ xử lí đã được lập trình sẵn tất cả các chương trình điều khiển. Bình thường, các thiết bị trong ngồi nhà này có thể được điều khiển từ xa thông qua các tin nhắn của chủ nhà. Chẳng hạn như việc tắt quạt, đèn điện … khi người chủ nhà quên chưa tắt trước khi ra khỏi nhà. Hay chỉ với một tin nhắn SMS, người chủ nhà có thể bật máy điều hòa để làm mát phòng trước khi chủ nhà trong một khoảng thời gian nhất định. Còn khi có chuyện gì đó sảy ra ra đối với ngôi nhà mang tính khẩn cấp như cháy chẳng hạn. Lúc này, ngôi nhà sẽ tự động phát hiện ra hỏa hoạn nhờ vào các cảm biến thì lập tức dữ liệu đó sẽ được gởi đến hệ thống điều khiển trung tâm. Khi hệ thống trung tâm đã xử lý xong dữ liệu thì nó sẽ lập tức ra lệnh điều khiển Đồ án tốt nghiệp Chương 1 Dẫn Nhập GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 3 -  đóng tất cả các đường ống dẫn khí, tắt hết các thiết bị đang hoạt động trong ngồi nhà này và báo động gửi tin nhắn cho người chủ nhà và có thể tự động gọi điện báo cho lực lượng phòng cháy chữa cháy. Ngoài ra, hệ thống còn mang tính bảo mật. Nghĩa là chỉ có chủ nhà hay người biết mật khẩu của ngôi nhà thì mới điều khiển được ngôi nhà này. Từ những yêu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống, cộng với sự hợp tác, phát triển mạnh mẽ của mạng di động nên chúng tôi đã chọn đề tài " điều khiển thiết bị trong nhà từ xa qua tin nhắn SMS " để đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của con người và góp phần vào sự tiến bộ, văn minh, hiện đại của nước nhà. 1.2. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các thiết bị điện tử ra đời ngày càng nhiều về chủng loại cũng như tính năng sử dụng. Bên cạnh đó nhu cầu sử dụng các thiết bị một cách tự động ngày càng cao, con người ngày càng muốn có nhiều thiết bị giải trí cũng như các thiết bị sinh hoạt với kỹ thuật và công nghệ ngày càng cao. Có thể ở Việt nam chưa phát triển mạnh mẽ trong lĩnh này nhưng hiện nay ở trên thế giới, nhất là các quốc gia thuộc Châu âu hay Mĩ thì mô hình ngôi nhà tự động được điều khiển từ xa đã phát triển rất mạnh mẽ. Chúng được biết đến như ngôi nhà thông minh nổi tiếng của Bill Gate chẳng hạn. Với sự kết hợp chặt chẽ giữa các thiết bị điện tử tinh vi và phần mềm xây dựng tương ứng, Bill Gate đã xây dựng được mô hình ngôi nhà thông minh, tự động hoàn toàn và còn cho phép điều khiển từ xa thông qua một bộ điều khiển trung tâm. Từ những nhu cầu thực tế đó, người thực hiện muốn đưa một phần những kỹ thuật hiện đại của thế giới áp dụng vào điều kiện thực tế trong nước để có thể tạo ra một hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà từ xa thông qua tin nhắn SMS nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người. Đề tài lấy cơ sở là tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị. Bên cạnh đó, các thiết bị này cũng có thể được điều khiển tại nhà thông qua giao diện phần mềm xây dựng. Việc sử dụng tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị có thuận lợi là tiết kiệm chi phí, mang tính cạnh tranh và cơ động cao (nghĩa là ở chỗ nào có phủ sóng mạng điện thoại di động ta cũng có thể điều khiển thiết bị được). Ngoài ra, sản phẩm của đề tài này có tính mở, có thể áp dụng cho nhiều đối tượng khác nhau trong dân dụng cũng như trong công nghiệp. 1.3. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Đồ án được 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 bằng tin nhắn SMS hoàn chỉnh. Hệ thống tích hợp module điều khiển giám sát (có cả camera), module đo nhiệt độ và module công suất cho cho các thiết bị trong nhà cùng các module tiện ích khác. Với module đo nhiệt độ thì cảm biến nhiệt độ sẽ gởi thông tin dữ liệu về bộ xử lí trung tâm. Qua xử lí, nhiệt độ sẽ được cập nhật liên tục Đồ án tốt nghiệp Chương 1 Dẫn Nhập GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 4 -  trên giao diện phần mềm xây dựng theo biểu đồ thời gian một cách trực quan. Module điều khiển giám sát, bên cạnh các chức năng điều khiển cơ bản thì nó còn liên tục cập nhật hình ảnh bên trong của ngôi nhà tới người chủ (tức trên điện thoại di động của người chủ nhà). Và một khi có hỏa hoạn sảy ra thì nó sẽ tự động thi hành các thao tác cần thiết được lập trình sẵn để bảo vệ ngôi nhà. 1.4. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Để thực thi một hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua tin nhắn SMS áp dụng cho một ngôi nhà hoàn chỉnh như nói trên là rất phức tạp và rất tốn kém. Để đáp ứng việc điều khiển toàn bộ các thiết bị này đòi hỏi phải có một lượng thời gian, kiến thức nhất định. Bên cạnh đó còn là vấn đề tài chính. Với lượng thời gian và kiến thức có hạn, trong đề tài này nhóm thực hiện chỉ thực thi một phần của hệ thống hoàn chỉnh đó. Đó là điều khiển đóng mở đèn, đo và hiển thị nhiệt độ phòng theo thời gian được hiển thị trên phần mềm ứng dụng. Ngoài ra còn có chức năng báo cháy khi sảy ra hỏa hoạn. Với những gì đã trình bày trên, nhóm đã tiến hành nghiên cứu, khảo sát và thực hiện và dự kiến đạt được các mục tiêu đặt ra như sau:  Điều khiển các thiết bị trong nhà (cụ thể là điều khiển hai thiết bị công suất trung bình) bằng tin nhắn SMS tại ví trí có phủ sóng của mạng điện thoại di động đang hoạt động trong nước như Viettel, Mobile Phone, Vina Phone …  Hiển thị trạng thái các thiết bị, đo và cập nhật nhiệt độ liên tục theo biểu đồ thời gian trên giao diện màn hình phần mềm xây dựng.  Tự động gửi tin nhắn ngược trở lại cho chủ nhà, với nội dung tin nhắn chứa thông tin hoạt động của các thiết bị điện và nhiệt độ của ngôi nhà (nếu như người sử dụng có lựa chọn chức năng này). Ngoài ra, hệ thống còn có chức năng tự động báo cháy bằng cách gửi một tin nhắn SMS tới người chủ.  Xây dựng giao diện phần mềm đơn giản, dễ sử dụng được điều khiển trên máy tính với giao diện bằng hai ngôn ngữ lựa chọn tiếng Anh hoặc tiếng Việt. Đồ án tốt nghiệp Chương 2 Cơ Sở Lí Luận GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 5 -  CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÍ LUẬN 2.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC VÀ TRONG NƯỚC 2.1.1 NGOÀI NƯỚC Hiện nay trên thế giới, việc sử dụng tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị từ xa không còn vấn đề mới mẻ nữa vì được nghiên cứu và đã áp dụng vào thực tế trong các nhà máy xí nghiệp. Kĩ thuật này được ra đời vào cuối tháng 8/2000, khi đó có đến 6.3 triệu GSM (Global System for Mobile communications) được sử dụng tại South Africa. Theo thống kê thì tổng số người dùng GSM vào năm 2005 được dự đoán là 11 triệu người chỉ tính riêng South Africa. Hiện tại có 49 mạng GSM tại Africa với sự phát triển ghê ghớm hơn nữa trong tương lai. Kĩ thuật GSM có khả năng truyền tin wireless với phạm vi rất rộng lớn và đảm bạo độ tin cậy cao. Chính vì vậy, người dùng có thễ gửi tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị từ xa mang lại hiệu quả cao. Người dùng chỉ cần sử dụng điện thoại di động của mình (bất cứ loại hoặc thương hiệu) để theo dõi và kiểm soát những ứng dụng trong công nghiệp và nông nghiệp. Những hệ thống được điều hiển bởi SMS (SMS Control Systems) thì chỉ cần điều khiển thông qua việc gửi nhận tin nhắn SMS. Điều này có nghĩa là việc điều khiển có phạm vi rất xa. Hệ thống điều khiển bằng tin nhắn SMS được thiết kế để điều khiển những thiết bị và ứng dụng :  Máy móc nhà xưởng.  Hệ thống xử lí nước thải.  Nông nghiệp thủy lợi.  Lò sưởi, ướp lạnh, máy điều hòa. Chúng ta sẽ nêu ra một mô hình sử dụng tin nhắn SMS trong việc điều khiển trong tự động hóa của Công Ty KlinkMann. GSM-Control là phần mềm trên Window được sử dụng bằng 2 phương pháp điều khiển từ xa trong tự động hóa và những ứng dụng khác sử dụng chuẩn GSM- Modem, phone, network. Dựa trên chuẩn GSM-Modem và những thiết bị có tính năng GSM, GSM-Control cho phép ta tạo ra một mạng điều khiển không dây và giám sát ứng dụng mà giá thấp nhất và dễ dàng vận chuyển. Tất cả việc điều khiển đều thông qua SMS với độ tin cậy cao. Đồ án tốt nghiệp Chương 2 Cơ Sở Lí Luận GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 6 -  Hình 48 Các thiết bị kết nối với máy tính thông qua GSM modem Công việc chính của GSM-Control là làm cầu nối giao tiếp giữa GSM (dùng tin nhắn SMS để gửi nhận tín hiệu điều khiển) với Window. Bằng cách sử dụng tin nhắn SMS với Phone trên tay làm HMI (giao diện giao tiếp với người) để điều khiển PLC, truy cập dữ liệu DDE/OPC/SQL để điều khiển các phần mềm như Excel/Scada. Sau khi nhận tín hiệu điều khiển thì chúng sẽ gửi trả lại tin nhắn SMS để báo tình trạng cho người dùng Hình 49 Kết nối các thiết bị với máy tính thông modem GSM Đồ án tốt nghiệp Chương 2 Cơ Sở Lí Luận GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 7 -  2.1.2 TRONG NƯỚC Ở phạm vi trong nước, trước khi thực hiện đề tài này thì vẫn chưa có nhóm nghiên cứu nào thực hiện, tiến hành nghiên cứu đầy đủ về một hệ thống điều khiển thiết bị điện bằng tin nhắn SMS. Tuy nhiên, vẫn có những nghiên cứu phát triển, ứng dụng làm nền tảng cho đề tài này được thực hiện. Chẳng hạn như đề tài nghiên cứu: “điều khiển các thiết bị điện trong nhà thông qua mạng internet ” của tác giả Trần Ngọc Minh và Lê Anh Tài, sinh viên trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật khóa 2000-2005. Trong đề tài này, hai tác giả Trần Ngọc Minh và Lê Anh Tài đã sử dụng yếu tố chính là mạng Internet để điều khiển các thiết bị điện, điện tử ở trong nhà chẳng hạn như điều khiển, giám sát và cho hiển thị được hình ảnh thông qua camera và các tính năng khác. Tác giả đã nghiên cứu và cho đi vào các ứng dụng như: tìm hiểu các vấn đề về internet, các giao thức truyền thông, giao tiếp, dịch vụ từ phía máy chủ. Hệ thống thiết kế giao diện điều khiển trên máy chủ (sever) và trang web điều khiển trên máy khách (client). Giao diện gồm có nhiều cửa sổ, được xây dựng tương ứng với từng phần cứng và bao gồm các tinh năng điều khiển thiết lập. Ngôn ngữ Java và HTML được lựa chọn trong thiết kế và điều khiển. Hệ thống có chiều dài bus truyền dẫn tín hiệu không quá 1200m. Hệ thống có sơ đồ khối như hình sau. Hình 50 Sơ đồ khối điều khiển các thiết bị trong nhà thông qua mạng Internet Đồ án tốt nghiệp Chương 2 Cơ Sở Lí Luận GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 8 -  Với hệ thống như trên, tác giả đã khai thác, ứng dụng rất tốt sự phát triển của mạng internet vào trong thực tế. Song, theo ý kiến chủ quan thì đề tài này vẫn còn một số thiếu sót cần khắc phục chẳng hạn như: hệ thống trên chỉ ứng dụng cho những địa điểm, vị trí nào có gắn mạng internet và trong quá trình thực thi hệ thống thì ngoài việc giao diện phần mềm xây dựng hoạt động ổn định thì phải luôn đảm bảo được sụp mạng sảy ra bất ngờ. Nếu hệ thống không duy trì được những yếu tố trên thì sẽ không thực thi được quá trình điều khiển thiết bị điện trong nhà. Bên cạnh đề tài nêu trên còn có một số đề tài khác đề cập đến vấn đề điều khiển thiết bị từ xa khác. Nhưng vẫn chưa có đề tài nào sử dụng tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị. Tuy nhiên, các đề tài đi trước đã tạo nền tảng cho việc phát triển ý tưởng điều khiển thiết bị từ xa qua tin nhắn SMS. Tóm lại, việc nghiên cứu sử dụng tin nhắn SMS hiện nay tại Việt Nam đang còn rất mới mẻ và chưa đi vào thực tiễn ứng dụng nhiều. Hầu hết các nghiên cứu đều là nghiên cứu tự phát của cá nhân những người hay nhóm người muốn tìm hiểu về công nghệ này, vẫn chưa phải là một hoạt động nghiên cứu mang tính chuyên nghiệp để có thể đưa vào ứng dụng. Mặc dù vậy việc nghiên cứu vẫn có những nhen nhóm khi tập đoàn điện lực EVN đã sử dụng công nghệ nhắn tin SMS để điều khiển máy cắt thông qua Modem điện thoại của họ. Ước tính 35 triệu thuê bao di động ở Việt Nam năm 2008. Dịch vụ về SMS cũng bắt đầu tăng lên đáng kể. Điều này là một lợi thế cho việc nghiên cứu và phát triển các ứng dụng trong điều khiển tự động hóa 2.2. Ý TƯỞNG THIẾT KẾ: Dùng mạng điện thoại di động của các nhà cung cấp dịch vụ như Viettel, Mobi, Vina, S-Fone để gửi tin nhắn SMS điều khiển các thiết bị và có thể nhận đáp ứng lại từ các thiết bị cho biết tình trạng hoạt động của các thiết bị. 2.3. ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU CHI TIẾT Đề tài này được thực hiện gồm 3 phần: Phần A: GIỚI THIỆU, giới thiệu một cách khái quát về đề tài. Phần B: NỘI DUNG, gồm 7 chương. Chương 1: Dẫn nhập, nêu lên những vấn đề hiện nay có liên quan đến đề tài, tầm quan trọng của vấn đề và hướng giải quyết vấn đề đó. Chương 2: Cơ sở lý luận, trình bày tổng quát đề cương nghiên cứu, các phương pháp, cách thức nghiên cứu và kế hoạch để thực hiện đề tài. Chương 3: Truyền dữ liệu và giao tiếp máy tính, giới thiệu tổng quát hệ thống truyền dữ liệu và các kỹ thuật ghép nối và giao tiếp máy tính. Chương 4: Thiết kế . Đồ án tốt nghiệp Chương 2 Cơ Sở Lí Luận GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 9 -  Chương 5: Xây dựng phần mềm điều khiển, giải thuật và các chương trình điều khiển. Chương 6 : Thi công. Chương 7: Kết luận. Phần C: PHỤ LỤC. 2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong đề tài này người thực hiện 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: khảo sát một số mạch điện thực tế đang có trên thị trường và tham khảo thêm một số dạng mạch từ mạng Internet. - Phương pháp thực nghiệm: từ những ý tưởng và kiến thức vốn có của mình kết hợp với sự hướng dẫn của giáo viên, người thực hiện đã lắp ráp thử nghiệm nhiều dạng mạch khác nhau để từ đó chọn lọc những mạch điện tối ưu. 2.5. PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU Với đề tài này, người thực hiện dựa vào sách giáo khoa và những kiến thức được trang bị trong quá trình học tập cùng với sự trợ giúp của máy tính và những thông tin trên mạng. Ngoài ra, còn có những thiết bị trợ giúp trong quá trình thiết kế mạch do người thực hiện tự trang bị. 2.6. KẾ HOẠCH THỰC HIỆN - Tuần 1 : Chọn đề tài, chính xác hóa đề tài, thu thập thông tin và tìm kiếm tài liệu có liên quan. - Tuần 2 : Tìm ra thuật giải để giải quyết vấn đề. - Tuần 3 : Kiểm tra thực tế bằng việc ráp thử. - Tuần 4 : Thi công. - Tuần 5 : Đánh máy, in ấn. - Tuần 6 : Kiểm tra và hoàn thiện đề tài. Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 10 -  CHƯƠNG 3 TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ GIAO TIẾP MÁY TÍNH 3.1. TỔNG QUÁT VỀ TIN NHẮN SMS 3.1.1 GIỚI THIỆU VỀ SMS SMS là từ viết tắt của Short Message Service. Đó là một công nghệ cho phép gửi và nhận các tín nhắn giữa các điện thoại với nhau. SMS xuất hiện đầu tiên ở Châu âu vào năm 1992. Ở thời điểm đó, nó bao gồm cả các chuẩn về GSM (Global System for Mobile Communications). Một thời gian sau đó, nó phát triển sang công nghệ wireless như CDMA và TDMA. Các chuẩn GSM và SMS có nguồn gốc phát triển bởi ETSI. ETSI là chữ viết tắt của European Telecommunications Standards Institute. Ngày nay thì 3GPP (Third Generation Partnership Project) đang giữ vai trò kiểm soát về sự phát triển và duy trì các chuẩn GSM và SMS. Như đã nói ở trên về tên đầy đủ của SMS là Short Message Service, từ cụm từ đó, có thể thấy được là dữ liệu có thể được lưu giữ bởi một tin nhắn SMS là rất giới hạn. Một tin nhắn SMS có thể chứa tối đa là 140 byte (1120 bit) dữ liệu. Vì vậy, một tin nhắn SMS chỉ có thể chứa : + 160 kí tự nếu như mã hóa kí tự 7 bit được sử dụng (mã hóa kí tự 7 bit thì phù hợp với mã hóa các lí tự latin chẳng hạn như các lí tự alphabet của tiếng Anh). + 70 kí tự nếu như mã hóa kí tự 16 bit Unicode UCS2 được sử dụng (các tin nhắn SMS không chứa các kí tự latin như kí tự chữ Trung Quốc phải sử dụng mã hóa kí tự 16 bit). Tin nhắn SMS dạng text hỗ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau. Nó có thể hoạt động tốt với nhiều ngôn ngữ mà có hỗ trợ mã Unicode , bao gồm cả Arabic, Trung Quốc, Nhật bản và Hàn Quốc. Bên cạnh gữi tin nhắn dạng text thì tin nhắn SMS còn có thể mang các dữ liệu dạng binary. Nó còn cho phép gửi nhạc chuông, hình ảnh cùng nhiều tiện ích khác … tới một điện thoại khác. Một trong những ưu điểm nổi trội của SMS đó là nó được hỗ trợ bởi các điện thoại có sử dụng GSM hoàn toàn. Hầu hết tất cả các tiện ích cộng thêm gồm cả dịch vụ gửi tin nhắn giá rẻ được cung cấp, sử dụng thông qua sóng mang wireless. Không giống như SMS, các công nghệ mobile như WAP và mobile Java thì không được hỗ trợ trên nhiều model điện thoại. Sử dụng tin nhắn SMS ngày càng phát triển và trở lên rộng khắp :  Các tin nhắn SMS có thể được gửi và đọc tại bất kỳ thời điểm nào. Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 11 -  Ngày nay, hầu hết mọi người đều có điện thoại di động của riêng mình và mang nó theo người hầu như cả ngày. Với một điện thoại di động , bạn có thể gửi và đọc các tin nhắn SMS bất cứ lúc nào bạn muốn, sẽ không gặp khó khăn gì khi bạn đang ở trong văn phòng hay trên xe bus hay ở nhà…  Tin nhắn SMS có thể được gửi tới các điện thoại mà tắt nguồn. Nếu như không chắc cho một cuộc gọi nào đó thì bạn có thể gửi một tin nhắn SMS đến bạn của bạn thậm chí khi người đó tắt nguồn máy điện thoại trong lúc bạn gửi tin nhắn đó. Hệ thống SMS của mạng điện thoại sẽ lưu trữ tin nhắn đó rồi sau đó gửi nó tới người bạn đó khi điện thoại của người bạn này mở nguồn.  Các tin nhắn SMS ít gây phiền phức trong khi bạn vẫn có thể giữ liên lạc với người khác Việc đọc và viết các tin nhắn SMS không gây ra ồn ào. Trong khi đó, bạn phải chạy ra ngoài khỏi rạp hát, thự viện hay một nơi nào đó để thực hiện một cuộc điện thoại hay trả lời một cuộc gọi. Bạn không cần phải làm như vậy nếu như tin nhắn SMS được sử dụng.  Các điện thoại di động và chúng có thể được thay đổi giữa các sóng mang Wireless khác nhau. Tin nhắn SMS là một công nghệ rất thành công và trưởng thành. Tất cả các điện thoại mobile ngày nay đều có hỗ trợ nó. Bạn không chỉ có thể trao đổi các tin nhắn SMS đối với người sử dụng mobile ở cùng một nhà cung cấp dịch vụ mạng sóng mang wireless, mà đồng thời bạn cũng có thể trao đổi nó với người sử dụng khác ở các nhà cung cấp dịch vụ khác.  SMS là một công nghệ phù hợp với các ứng dụng Wireless sử dụng cùng với nó. Nói như vậy là do: Thứ nhất, tin nhắn SMS được hỗ trợ 100% bởi các điện thoại có sử dụng công nghệ GSM. Xây dựng các ứng dụng wireless trên nền công nghệ SMS có thể phát huy tối đa những ứng dụng có thể dành cho người sử dụng. Thứ hai, các tin nhắn SMS còn tương thích với việc mang các dữ liệu binary bên cạnh gửi các text. Nó có thể được sử dụng để gửi nhạc chuông, hình ảnh, hoạt họa … Thứ ba, tin nhắn SMS hỗ trợ việc tri trả các dịch vụ trực tuyến. Nghĩa là nó cho phép thực hiện việc chi trả các dịch vụ trực tuyến một cách thuận lợi. Ví dụ như, bạn muốn phát triển một ứng dụng download nhạc chuông mang tính thương mại và thu phí sử dụng từ người sử dụng cho mỗi lần download nhạc chuông đó. Một cách rất thuận lợi để thực thi ứng dụng này đó là sử dụng một số điện thoại từ nhà cung cấp mạng có khả năng tri trả ngược lại tới tiện ích này thông qua việc sử dụng một sóng Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 12 -  mang wireless. Và để có thể tải nhạc chuông này người sử dụng phải soạn một tin nhắn có nội dụng cũng như cấu trúc tin nhắn được qui định bởi nhà cung cấp dịch vụ và gửi tin nhắn này tới một số điện thoại đã được tích hợp sẵn chức năng tri trả trực tuyến mà người phát triển ứng dụng xây dựng. Ứng dụng SMS mà bạn sử dụng sau đó sẽ gửi trả lại cho bạn một hay nhiều tin nhắn SMS có kèm theo cả nhạch chuông (chẳng hạn ) và thông báo chi phí phải trả cho việc sử dụng ứng dụng đó. Chi phí này sẽ gồm cả chi phí sử dụng dịch vụ hàng tháng của điện thoại di động này hay là được khấu trừ từ thẻ card dùng di động của bạn. Nó tùy thuộc vào thỏa thuận giữa bạn và người phát triển ứng dụng đó. 3.1.2 CẤU TRÚC MỘT TIN NHẮN SMS Nội dung của một tin nhắn SMS khi được gửi đi sẽ được chia làm 5 phần như sau : - Instructions to air interface : chỉ thị dữ liệu kết nối với air interface (giao diện không khí) . - Instructions to SMSC :chỉ thị dữ liệu kết nối với trung tâm tin nhắn SMSC (short message service centre). - 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. 3.1.3 TIN NHẮN SMS CHUỖI/TIN NHẮN SMS DÀI Một trong những trở ngại của công nghệ SMS là tin nhắn SMS chỉ có thể mang một lượng giới hạn các dữ liệu. Để khắc phục trở ngại này, một mở rộng của nó gọi là SMS chuỗi (hay SMS dài) đã ra đời. Một tin nhắn SMS dạng text dài có thể chứa nhiều hơn 160 kí tự theo chuẩn dùng trong tiếng Anh. Cơ cấu hoạt động cơ bản SMS chuỗi làm việc như sau: điện thoại di động của người gửi sẽ chia tin nhắn dài ra thành nhiều phần nhỏ và sau đó gửi các phần nhỏ này như một tin nhắn SMS đơn. Khi các tin nhắn SMS này đã được gửi tới đích hoàn toàn thì nó sẽ được kết hợp lại với nhau trên máy di động của người nhận. Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 13 -  Khó khăn của SMS chuỗi là nó ít được hỗ trợ nhiều so với SMS ở các thiết bị có sử dụng sóng wireless. 3.1.4 SMS CENTRE/SMSC Một SMS Center (SMSC) là nơi chịu trách nhiệm luân chuyển các hoạt động liên quan tới SMS của một mạng wireless. Khi một tin nhắn SMS được gửi đi từ một điện thoại di động thì trước tiên nó sẽ được gửi tới một trung tâm SMS. Sau đó, trung tâm SMS này sẽ chuyển tin nhắn này tới đích (người nhận). Một tin nhắn SMS có thể phải đi qua nhiều hơn một thực thể mạng (netwok) (chẳng hạn như SMSC và SMS gateway) trước khi đi tới đích thực sự của nó. Nhiệm vụ duy nhất của một SMSC là luân chuyển các tin nhắn SMS và điều chỉnh quá trình này cho đúng với chu trình của nó. Nếu như máy điện thoại của người nhận không ở trạng thái nhận (bật nguồn) trong lúc gửi thì SMSC sẽ lưu trữ tin nhắn này. Và khi máy điện thoại của người nhận mở nguồn thì nó sẽ gửi tin nhắn này tới người nhận. Thường thì một SMSC sẽ họat động một cách chuyên dụng để chuyển lưu thông SMS của một mạng wireless. Hệ thống vận hành mạng luôn luôn quản lí SMSC của riêng nó và ví trí của chúng bên trong hệ thống mạng wireless. Tuy nhiên hệ thống vận hành mạng sẽ sử dụng một SMSC thứ ba có vị trí bên ngoài của hệ thống mạng wireless. Bạn phải biết địa chỉ SMSC của hệ thống vận hành mạng wireless để sử dụng, tinh chỉnh chức năng tin nhắn SMS trên điện thoại của bạn. Điển hình một địa chỉ SMSC là một số điện thoại thông thường ở hình thức, khuôn mẫu quốc tế. Một điện thoại nên có một thực đơn chọn lựa để cấu hình địa chỉ SMSC. Thông thường thì địa chỉ được điều chỉnh lại trong thẻ SIM bởi hệ thống mạng wireless. Điều này có nghĩa là bạn không cần phải làm bất cứ thay đổi nào với cả. 3.1.5 NHẮN TIN SMS QUỐC TẾ Các tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành được chia ra làm hai hạng mục gồm tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành cục bộ và tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành quốc tế với nhau. Tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành cục bộ là tin nhắn mà được gửi giữa các nhà điều hành trog cùng một quốc gia còn tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành quốc tế là tin nhắn SMS được gửi giữa các nhà điều hành mạng wireless ở những quốc gia khác nhau. Thường thì chi phí để gửi một tin nhắn SMS quốc tế thì cao hơn so với gửi trong nước. Và chi phí gửi tin nhắn trong nội mạng thì ít hơn so với gửi cho mạng khác trong cùng một quốc gia <= chi phí cho việc gửi tin nhắn SMS quốc tế. Khả năng kết hợp của tin nhắn SMS giữa hai mạng wireless cục bộ hay thậm chí là quốc tế là một nhân tố chính góp phần tới sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống SMS toàn cầu. Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 14 -  3.1.6 SMS GATEWAY Một khó khăn của tin nhắn SMS là các SMSC được phát triển, xây dựng bởi các công ty sử dụng giao thức truyền thông riêng của họ và hấu hết các giao thức này đều thuộc quyền sở hữu. Chẳng hạn như Nokia có một SMSC protocol được gọi là CIMD nhưng một nhà điều hành như CMG lại có SMSC protocol được gọi là EMI. Chúng ta không thể kết nối hai SMSC nếu như chúng không được hỗ trợ giao thức SMSC chung. Để giải quyết khó khăn này, một SMS gateway được đặt giữa hai SMSC ra đời. Gateway này sẽ được minh họa ở hình dưới. SMS gateway hoạt động như một relay giữa hai SMSC. Nó chuyển đổi thông tin dữ liệu từ một SMSC protocol SMS sang một SMSC protocol khác. Giải pháp này được sử dụng cho hai sóng mang wireless khác nhau để kết nối liên thông giữa các SMSC, Như thế các tin nhắn SMS từ các nhà cung cấp mạng khác nhau có thể gửi cho nhau mà không gặp trở ngại nào. Hình 51 Một SMS gateway hoạt động như một relay giữa hai SMSC Bên cạnh các sóng mang wireless, các nhà cung cấp và những người phát triển các ứng dụng SMS còn có thể phát triển một SMS gateway hữu ích. Chúng ta sẽ xem xét ở tình huống sau. Giả sử bạn là nhà phát triển một ứng dụng tin nhắn SMS dạng text. Để gửi và nhận các tin nhắn SMS trên sever của bạn, một giải pháp là kết nối các SMSC của các sóng mang wireless. Các sóng mang wireless khác nhau có thể được sử dụng SMSC từ các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. Điều đó có nghĩa là ứng dụng tin nhắn SMS dạng text của bạn cần được hỗ trợ SMSC đa dụng- các protocol chuyên dụng. (Điều này được mô tả trong hình dưới). Và kết quả là thời gian phát triển và độ phức tạp của các ứng dụng tin nhắn SMS dạng text tăng. Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 15 -  Hình 52 Một ứng dụng tin nhắn SMS dạng text kết nối các SMSC không cần SMS gateway. Để giải quyết khó khăn trên một SMS gateway được thiết lập để thực thi các kết nối SMSC với nhau. Ngày nay, các ứng dụng tin nhắn SMS dạng text chỉ cần biết làm như thế nào để kết nối với SMS gateway. Để hỗ trợ cho các SMSC nhiều hơn nữa, bạn chỉ cần tinh chỉnh các thiết lập cài đặt cho SMS gateway và không cần phải thay đổi mã nguồn của ứng dụng tin nhắn SMS dạng text đó. Như thế việc sử dụng SMS gateway có thể rút ngắn thời gian của sự phát triển các ứng dụng tin nhắn SMS dạng text. Để kết nối một SMS gateway, chúng ta phải sử dụng một SMSC protocol chẳng hạn như SMPP và CIMD. Một vài SMS gateway còn hỗ trợ giao diện HTTP/HTPS. HTTP/HTPS thì sử dụng dễ hơn so với SMSC protocol. Và khó khăn ở đây là nó không có nhiều chức năng hỗ trợ SMS. Chẳng hạn như một SMS gateway thì không hỗ trợ việc gửi các tin nhắn có nội dung chứa bức ảnh thông qua giao diện HTTP/HTTPS. Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 16 -  Hình 53 Một ứng dụng tin nhắn SMS dạng text kết nối các SMSC thông qua một SMS gateway. Bên cạnh việc sử dụng kết nối trực tiếp tới SMSC của một sóng mang wireless. Có một cách khác để gửi và nhận tin nhắn SMS dạng text trên máy tính đó là sử dụng một điện thoại di động hay một modem GSM/GPRS. Để làm được chức năng này thì ứng dụng tin nhắn SMS dạng text phải kết nối, giao tiếp được với điện thoại di động hay modem GSM/GPRS bằng cách sử dụng các lệnh AT command. Một vài SMS gateway có tương thích với giao tiếp kết nối của điện thoại di động hay moidem GSM/GPRS. Để gửi và nhận các tin nhắn SMS dạng text từ một điện thoại di động hay một GSM/GPRS modem thì ứng dụng tin nhắn SMS dạng text thì ứng dụng tin nhắn SMS chỉ cần biết cách giao tiếp với SMS gateway và không cần phải biết về lệnh AT command. Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 17 -  Hình 54 Một ứng dụng tin nhắn SMS dạng text kết nối một nhóm các điện thoại (hay các modem thông qua SMS gateway). 3.1.7 MÃ NGUỒN MỞ VÀ PHẦN MỀM SMS GATEWAY Như đã nói ở trên thì một SMS gateway có nhiều chức năng rất trong hệ thống tin nhắn SMS. Vì vậy, phần mềm dành cho SMS gateway có thể rất phức tạp và phần mềm khá phức tạp này thì thừơng rất đắt. May mắn là có một gói phần mềm SMS gateway mã nguồn mở có thể được dowload miễn phí từ web. Gói phần mềm SMS gateway miễn phí chất lượng cao này chính là Kannel, nó được viết bằng ngôn ngữ C. Kannel có thể giao tiếp kết nối với các SMSC, điện thoại di động và các GSM/GPRS modem. Nó có giao diện HTTP/HTTPS dành cho việc gửi và nhận các tin nhắn SMS. 3.2. TỔNG QUÁT HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU Không giống với việc truyền thông tin bằng cách phát và thu tín hiệu tương tự như âm thanh và hình ảnh, việc truyền dữ liệu được thực hiện bằng cách phát tuần tự (liên tiếp) các mã nhị phân lên đường truyền. Các mã này được tạo ra, lưu trữ và xử lí bởi các máy tính và các ngoại vi. Đường truyền dùng để truyền dữ liệu là các đường truyền số (digital) nghĩa là tín hiệu chỉ có thể ở một trong hai trạng thái khác biệt được biểu thị bằng mức logic 0 hoặc 1. Trong khi đó tín hiệu tương tự có thể chiếm một trạng thái bất kì trên một dải liên tục. 3.2.1 Cấu trúc một hệ thống thông tin Sơ lược các khối trong hệ thống: Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 18 -  Hình 55 Sơ đồ một hệ thống thông tin  Nguồn tín hiệu: Là tín hiệu cần truyền đi, có thể là tín hiệu không điện hoặc tín hiệu điện. Do vậy, cần phải có một bộ chuyển đổi các tín hiệu không điện thành tín hiệu điện trước khi đưa lên đường truyền. Thông thường dùng các cảm biến để dò lấy tín hiệu này và thực hiện quá trình chuyển đổi thành tín hiệu điện.  Khối truyền tin: Nhận tín hiệu điện từ nguồn tín hiệu đưa đến sau đó thực hiện sự biến đổi cho phù hợp với đường truyền trước khi phát lên đó. Khối này thường gồm: mạch điều chế tín hiệu, một bộ dồn kênh, bộ phát tín hiệu.  Đường truyền: Có nhiều dạng như đường truyền hữu tuyến, vô tuyến, tương tự, số… Bản chất của đường truyền có ảnh hưởng rất nhiều khối khác trong sơ đồ.  Khối nhận tin: Nhận lấy tín hiệu từ đường truyền gửi xuống và thực hiện việc chuyển đổi nhằm lấy lại thông tin ban đầu. Khối nhận tin thường gồm: một bộ giải điều chế tín hiệu (tách sóng mang), một bộ phân kênh tín hiệu.  Cơ cấu chấp hành: Nhận tín hiệu từ khối nhận tin đưa đến sau đó biến đổi đại lượng điện đầu vào thành đại lượng đồng dạng với đại lượng vào của nguồn tín hiệu. Cơ cấu chấp hành có thể là một màn hình hiển thị hoặc loa, rờle dể đóng ngắt thiết bị … Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 19 -  3.2.2 Phân loại các hệ thống thông tin 3.2.2.1. Phân loại theo đường truyền - Đường truyền hữu tuyến. - Đường truyền vô tuyến. 3.2.2.2. Phân loại theo tín hiệu trên đường truyền - Tín hiệu tương tự. - Tín hiệu số. 3.2.2.3. Phân loại theo số bit trên một đường dây - Mỗi bit chiếm lấy một đường truyền (song song): Dữ liệu gồm nhiều bit sẽ xuất đồng thời trên đường truyền. - Nhiều bit trên một đường truyền (nối tiếp): Các bit sẽ nối tiếp nhau xuất hiện trên một đường truyền duy nhất. 3.2.2.4. Phân loại dựa vào xung nhịp đồng hồ Ck của bộ phát và bộ thu - Truyền đồng bộ: khi xung nhịp nơi phát và nơi thu như nhau và cùng góc pha. + Ưu điểm của cách truyền này là tốc độ truyền rất cao nhưng độ an toàn về thông tin khá thấp (sai vài bit). Việc chi phí cho thiết kế đường truyền khá cao. - Truyền bất đồng bộ: khi xung nhịp nơi phát và thu không cần giống nhau. + Theo phương pháp này, dữ liệu được truyền đi với tốc độ chậm hơn nhưng độ an toàn cao, đặc biệt chi phí cho việc thiết kế đường truyền tương đối thấp, thích hợp cho truyền xa. 3.2.2.5. Phân loại theo chiều tín hiệu trên đường truyền - Loại đơn công: tín hiệu chỉ truyền theo một chiều duy nhất mà không có chiều ngược lại. - Loại song công: tín hiệu có thể truyền theo cả hai chiều một cách đồng thời. - Loại bán song công: tín hiệu có thể truyền theo hai chiều nhưng không cùng lúc, tức là phải thay đổi luân phiên. 3.2.3 Giao tiếp song song bất đồng bộ 3.2.3.1. Sơ đồ khối: Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 20 -  Hình 56 Sơ đồ kết nối thu phát dữ liệu Khi truyền dữ liệu với tốc độ từ thấp đến trung bình trên khoảng cách ngắn người ta có thể dùng đường truyền song song bất đồng bộ. Ví dụ, như việc kết nối một máy tính với một thiết bị ngoại vi như máy in. Hệ thống giao tiếp song song bất đồng bộ này có đặc điểm là: mỗi bit chiếm lấy một đường truyền và xung đồng bộ nơi phát không nhất thiết phải bằng xung đồng bộ của nơi thu. Do đó, ngoài các đường dây cho các bit còn cần thêm các đường tín hiệu để thực hiện việc bắt tay giữa phần phát và phần thu. Giả sử thực hiện việc truyền song song 8 bit thì ít nhất có 9 đường dây (một đường mass giữa phần phát và phần thu). Để nơi phát và thu có thể truyền và thu được chính xác dữ liệu thì nhất thiết phải cần đến các tín hiệu bắt tay: Strobe, Ack và Busy\ . DO ÷ D7 : là các đường dữ liệu (data bus). Strobe, Ack, Busy\: là các đường tín hiệu bắt tay nhằm phối hợp giữa phần phát và phần thu. Strobe : do máy phát gửi ra nhằm báo cho máy thu biết rằng đã có dữ liệu gửi ra trên đường truyền DO ÷ D7 . ACK : do phần phát đưa ra nhằm báo cho phần phát biết rằng phần thu đã thu xong một kí tự. Busy : là tín hiệu do phần thu đưa ra nhằm báo cho phần phát biết rằng phần thu đang bận với một tác vụ nào đó nên chưa thể thu được kí tự tiếp theo. Ví dụ một quá trình truyền dữ liệu giữa máy tính và máy in: Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 21 -  - CPU chờ cho tới khi đường tín hiệu Busy\ lên mức cao tức là máy in đã sẵn sàng nhận dữ liệu. - CPU xuất mã của kí tự kế tiếp ra port song song. - Sau đó, CPU đưa xung Strobe lên ‘1’. Tín hiệu này báo cho máy in biết rằng đã có dữ liệu mới trên đường truyền. - Máy in tiến hành nhận dữ liệu và khi đã hoàn tất công việc liên quan đến kí tự cuối cùng nó sẽ trả Busy\ về mức cao. Máy in đưa xung ACK lên cao để báo cho CPU biết nó đang sẵn sàng nhận kí tự tiếp theo. 3.2.3.2. Hoạt động của hệ thống:  Phần phát: - Đọc giá trị của đường Busy\ cho đến khi Busy\ = ‘1’ tức là phần thu không bận. - Sau đó phần phát gửi data ra bus dữ liệu. - Cho chân Strobe = ‘1’ để báo cho phần thu biết kí tự đã sẵn sàng. - Đọc chân ACK cho đến khi chân này lên ‘1’ tức là phần thu đã thu xong kí tự. - Cho chân Strobe = ‘0’ để tránh trường hợp phần thu thu thêm một lần nữa. - Chuẩn bị dữ liệu kế tiếp theo để xuất đi nếu như chưa truyền hết.  Phần thu: - Khi cần thu một dữ liệu nó phải đưa chân Busy\ lên ‘1’ để báo cho phần phát biết rằng nó không bị bận và sẵn sàng nhận kí tự. - Sau đó phần thu đọc giá trị của tín hiệu Strobe cho đến khi chân này lên ‘1’ tức là phần phát đã gửi dữ liệu ra đường truyền. - Cho chân Busy\ = ‘0’ để phần phát tạm thời ngưng lại và cho chân ACK = ‘0’ để khoan thay đổi data. - Xử lí data (cất vào vùng nhớ đệm). - Cho chân Busy\ = ‘1’. 3.2.4 Giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ  Cấu trúc : Hình 57 Cấu trúc giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 22 -  Giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ là giao tiếp mà xung đồng hồ của bộ phát và bộ thu được tạo ra một cách riêng rẽ và không cần phải bằng nhau. Các bit lần lượt chiếm lấy đường truyền, việc giao tiếp cần phải thêm các bit khung (thông tin khung) bao gồm: • Bit khởi động (start). • Bit dừng (stop). • Bit chẵn lẻ (parity).  Thành phần chính của hệ thống là các thanh ghi dịch.  Tại phần phát, thanh ghi dịch là thanh ghi vào song song ra nối tiếp.  Tại phần thu, thanh ghi dịch là thanh ghi vào nối tiếp ra song song. Hình 58 Quá trình thu nhận dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ 3.2.4.1. Phát dữ liệu nối tiếp: Khi cần phát dữ liệu, CPU phần phát sẽ gửi data tới thanh ghi phát bằng cách đưa dữ liệu đến các ngõ vào song song của thanh ghi dịch sau đó tác động mức 1 lên chân LD để cho thanh ghi nạp lấy giá trị này. Khi LD không còn tác động nữa thì thanh ghi dịch sẽ lưu trữ lại giá trị này. Sau đó, dưới tác động của xung đồng hồ nơi phát, các bit của dữ liệu cần phát sẽ lần lượt dịch đến ngõ ra nối tiếp để đưa lên đường truyền. 3.2.4.2. Thu dữ liệu nối tiếp: Khi phần thu nhận dạng được bit khởi động, CPU phần thu sẽ phát tín hiệu điều khiển xung Ck thu. Lúc này dưới tác động của xung Ck thu, từng bit dữ liệu trên đường truyền sẽ lần lượt được dịch vào thanh ghi phần thu cho đến khi xuất hiện bit dừng thì CPU phần thu sẽ phát tín hiệu để đọc dữ liệu tại các ngõ ra song song của thanh ghi dịch. Bit khởi động (Start) nhằm báo cho phần thu biết thời điểm nhận một dữ liệu mới, bit này có trạng thái ngược với trạng thái thường xuyên của đường truyền (có trạng thái = ‘1’). Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 23 -  Khi dùng bit Parity, trạng thái logic của bit này phụ thuộc vào kí tự dữ liệu đặc trưng và việc lập phần cứng là kiểm tra parity chẵn hay lẻ. Bit parity là bit 0 hoặc bit 1 tùy theo việc kiểm tra chẵn hay lẻ và dữ liệu đó như thế nào. Chú ý rằng bit parity có dự phần vào việc tính tổng số bit 1 là chẵn hay lẻ trong toàn dữ liệu. Sau đó bằng cách tính tổng số bit trong mỗi kí tự, máy thu có thể phát hiện được lỗi khi truyền. Phương pháp này tuy không đạt được độ tin cậy 100% (vì nếu số bit lỗi là số chẵn thì máy thu không thể phát hiện được lỗi) nhưng lại tương đối đơn giản và có hiệu quả. Các bit Stop là khoảng cách bảo vệ tối thiểu giữa các khung kí tự. 3.3. KỸ THUẬT GHÉP NỐI VÀ GIAO TIẾP MÁY TÍNH 3.3.3 Cổng nối tiếp RS232: 3.3.1.1 Giới thiệu: Giao thức truyền thông nối tiếp là một con đường cho phép các thiết bị khác nhau có thể giao tiếp với thế giới bên ngoài của nó. Nó được gọi là nối tiếp vì các bit dữ liệu được truyền đi theo kiểu nối tiếp nhau trên một đường dây đơn. Một máy tính để bàn có port nối tiếp được biết tới như là một port truyền thông hay port COM được sử dụng để kết nối một modem chẳng hạn hay bất kỳ thiết bị nào khác, có nhiều hơn một cổng (port) COM ở máy tính để bàn. Các Port nối tiếp này được điều khiển bởi một CHIP đặc biệt gọi là UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter). Các ứng dụng khác nhau sử dụng các chân khác nhau trên port nối tiếp này và nó chủ yếu dựa vào chức năng được yêu cầu. Nếu như bạn cần kết nối máy tính (PC) của bạn chẳng hạn tới các thiết bị khác dùng Port nối tiếp thì bạn phải đọc sổ tay hướng dẫn cho thiết bị đó để biết được các chân ở cả trên hai mặt được kết nối với nhau như thế nào và các thiết lập cần thiết đối với nó. Các lợi thế của giao thức truyền thông nối tiếp: Giao thức truyền thông nối tiếp có một vài lợi thế hơn so với với giao thức truyền thông song song. Một trong những lợi thế đó là khoảng cách truyền dẫn, kết nối nối tiếp có thể gửi dữ liệu tới một thiết bị điều khiển xa hơn so với kết nối song song. Và cáp kết nối của kết nối nối tiếp cũng đơn giản hơn so với kết nối song song và nó sử dụng ít số dây hơn. Kết nối nối tiếp cũng được sử dụng cho giao tiếp hồng ngoại, ngày nay các thiết bị như laptop và máy in có thể giao tiếp thông qua các đường hồng ngoại. 3.3.1.2 Các loại kết nối: Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 24 -  Có hai loại bộ kết nối là 9 chân và 25 chân, cả hai đều được gọi là đầu cắm loại D (D-Type plug). D-Type plug có thể là đực mà cũng có thể là cái. Hình 1 dưới chỉ ra những chi tiết về hai loại này. Hình 59 Hình dạng đầu kết nối hai loại cáp 9 và 25 chân Mô tả các chân : Chức năng Chân Loại 9 chân Loại 25 chân Ngõ vào nhận dữ liệu nối tiếp RD 3 2 Ngõ ra truyền dữ liệu nối tiếp TD 2 3 Yêu cầu gửi (Báo cho Modem biết là UART đã sẵn sàng trao đổi dữ liệu) RTS 7 4 Xóa để gửi (Modem đã sẵn sàng) CTS 8 5 Trạng thái dữ liệu sẵn sàng(Modem hình thành 1 kết nối). DSR 6 6 Nối đất SG 5 7 Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 25 -  Phát hiện bộ vận chuyển dữ liệu DECLARED 1 8 Dữ liệu đầu cuối sẵn sàng DTR 4 20 Ring Indicator RI 9 22 Bảng 14 Chức năng các chân của chuẩn RS232 loại 9 chân và 25 chân Các thiết bị sử dụng cáp nối tiếp để phục vụ cho việc giao tiếp của nó thì chia ra làm hai loại: a) DTE (Data Terminal Equipment).ví dụ về DTE là các máy tinh, máy in và các thiết bị đầu cuối. b) DECLAREE (Data Communication Equipment). Ví dụ về DECLAREE là các modem. 3.3.1.3 Đặc tính điện Đặc tính điện xác định tín hiệu giữa DTE và DECLAREE. Tín hiệu số được dùng trong mọi trao đổi. Mức điện áp logic của RS-232D nằm trong khoảng ±15V.  Các đường dữ liệu sử dụng logic âm: mức logic 1 tương ứng với điện áp trong khoảng (-5V , -15V); mức logic 0 chiếm khoảng (+5V, +15V).  Các đường điều khiển sử dụng logic dương: từ +5V đến +15V tương ứng với điều kiện ON (hay TRUE) và từ -5V đến -15V tương ứng với điều kiện OFF (hay FALSE)  Ở chuẩn giao tiếp này, mức nhiễu được giới hạn là 2V. Do đó ngưỡng nhỏ nhất của ngã vào là ± 3V. Điện áp lớn nhất trên đường dây khi không tải là ± 25V.  Một số đặc điểm về điện khác : - Điện trở tải R L có giá trị trong khoảng từ 3 kΩ đến 7 kΩ - Điện dung tải C L không quá 2500 pF - Để ngăn chận sự dao động, tốc độ thay đổi điện áp (slew rate) không được vượt quá 30V/μs  Thời gian chuyển mức tín hiệu từ ON sang OFF hay ngược lại: - Đối với các đường điều khiển, không được vượt quá 1ms. - Đối với các đường dữ liệu không được vượt quá 4% thời gian của một bit hoặc 1ms.  Tốc độ truyền dữ liệu là 20 kbps và không quá 15m. 3.3.1.4 Các phương pháp giao tiếp Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 26 -  Có hai phương pháp giao tiếp cho chuẩn giao tiếp truyền thông nối tiếp, đó là đồng bộ và bất đồng bộ.  Giao tiếp truyền thông nối tiếp đồng bộ: Trong giao tiếp truyền thông nối tiếp đồng bộ, bộ nhận phải biết khi nào thì đọc bit kế tiếp tới từ bên gửi, điều này có thể đạt được bằng cách phối hợp xung Clock giữa bên phát và bên thu. Trong hầu hết các dạng của GTTTNT, nếu như không có dữ liệu sẵn sàng tại thời điểm cho để truyền thì một kí tự nhồi sẽ được gửi thay vào đó cho nên dữ liệu luôn được truyền giữa bên gửi và bên nhận. Tuy nhiên nó sẽ mắc hơn vì các mạch điện điều khiển và dây nối thêm bên ngoài cần được mắc thêm để có thể phối hợp, chia sẻ tín hiệu xung Clock giữa bên phát và bên thu.  Giao tiếp truyền thông nối tiếp bất đồng bộ: Giao tiếp truyền thông nối tiếp bất đồng bộ cho phép dữ liệu được truyền đi mà không cần phải gửi một tín hiệu xung clock tới bên nhận từ bên gửi.Thay vào đó, các bit đặc biệt được thêm vào tới mỗi word để thực hiện việc đồng bộ dữ liệu giữa bên gửi và bên nhận. Khi một word được đưa tới UART phục vụ cho việc truyền bất đồng bộ, một bit được gọi là "Start bit" được thêm vào đầu của mỗi word mà được truyền đi. Bit Start được sử dụng để thông báo tới bên nhận rằng một word sắp được gửi tới, và đẩy xung clock ở bộ nhận vào trong quá trình đồng bộ với xung clock của bộ truyền Hình 60 Cấu trúc một frame dữ liệu thông thường. Sau Start Bit, các bit dữ liệu riêng của word được gửi, mỗi bit trong word được truyền một cách chính xác giống nhau về gian ở tất cả các bit. khác. Khi toàn bộ dữ liệu word được gửi, bộ truyền sẽ cho một Parity Bit mà nó được tạo ra bởi bộ truyền. Parity Bit được sử dụng tại bên nhận để thực thi việc kiểm tra các lỗi đơn giản. Sau đó thì sẽ có tối thiểu một Stop Bit được gửi bởi bộ truyền. Nếu như Stop Bit không xuất hiện khi mà nó được cần đến thì UART coi như toàn bộ word đó bị hu và sẽ thông báo một Framing Error (một lỗi Frame) Phần cứng của các giao tiếp truyền thông nối tiếp chuẩn trong PC không được hỗ trợ các hoạt động đồng bộ. Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 27 -  3.3.1.5 Thủ tục giao tiếp  Handshaking Handshaking là một thủ tục được sử dụng để kiểm tra đường truyền giữa DTE & DECLAREE trước khi truyền dữ liệu. Dữ liệu được truyền và nhận trên hai chân 2 và 3 tương ứng (cho cả hai loại 25 & 9 chân). - DTE sẽ yêu cầu gửi dữ liệu tới DECLAREE (RTS). - DECLAREE sẽ chỉ cho DTE rằng nó đã sẵn sàng cho việc nhận dữ liệu (CTS). Cho nên cả hai RTS và CTS được sử dụng để điều khiển dòng dữ kiệu giữa DTE và DECLAREE. Data Set Ready (DSR) là một chỉ thị dấu hiệu từ DECLAREE (chẳng hạn như modem) đang ở trạng thái ON. Tương tự, DTR (ví dụ như PC) chỉ ra Data Set là DTE đang ở trạng thái ON. Data Carrier Detect (CD) chỉ ra rằng một sóng mang tốt đang được nhận từ modem điều khiển.  Baud rate (Tốc độ baud) Tốc độ Baud là một thông số đo chỉ ra tốc độ của quá trình truyền dẫn trong giao tiếp truyền thông bất đồng bộ. Nó thể hiện số bit mà thực sự được gửi qua đường truyền nối tiếp. Số baud bao gồm cả các bit overhead Start, Stop và Parity mà được tạo ra bởi UART bên gửi và được xóa bởi UART bên nhận. 3.3.1.6 Các loại cáp:  Cáp modem Một cáp modem bình thường chay thẳng với chân số 1 nối tới chân 1, chân 2 nối tới chân 2,...Cuối cùng nó sẽ được kết nối tới điểm đầu cuối hay PC qua một bộ (đầu) kết nối cái, và điểm cuối của còn lại của nó được kết nối tới modem là một bộ (đầu) kết nối đực. Mô tả tín hiệu 9-pin DTE 25-pin DECLAREE Chú ý Carrier Detect (CD) 1 8 From Modem Receive Data (RD) 2 3 From Modem Transmit Data (TD) 3 2 From Terminal/Computer Data Terminal Ready(DTR) 4 20 From Terminal/Computer Signal Ground (SG) 5 7 From Modem Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 28 -  Cáp modem Null Khi bạn cần kết nối hai thiết bị với DTE hay DECLAREE, ví dụ như kết nối hai PC với nhau, thì trong trường hợp này bạn cần phải sử dụng tới cáp có chân kết nối được mô tả như hình dưới (25 tới 25). Cáp này được gọi là cáp modem Null. D-Sub 1 D-Sub 2 Receive Data (RD) 3 2 Transmit Data Transmit Data 2 3 Receive Data Data Terminal Ready 20 6+8 Data Set Ready + Carrier Detect System Ground 7 7 System Ground Data Set Ready + Carrier Detect 6+8 20 Data Terminal Ready Request to Send 4 5 Clear to Send Clear to Send 5 4 Request to Send Bảng 16 Kết nối loại 25 chân với 25 chân chuẩn RS232 Mô tả tín hiệu Chân Mô tả tín hiệu Recieve Data 2 3 Transmit Data Transmit Data 3 2 Recieve Data Data Terminal Ready 4 6+1 Data Set Ready + Carrier Detect System Ground 5 5 System Ground Data Set Ready + 6+1 4 Data Terminal Ready Data Set Ready (DSR) 6 6 From Modem Request to Send (RTS) 7 4 From Terminal/Computer Clear to Send (CTS) 8 5 From Modem Ring Indicator (RI) 9 22 From Modem Bảng 15 Kết nối loại 9 chân với 25 chân chuẩn RS232 Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 29 -  Carrier Detect Request to Send 7 8 Clear to Send Clear to Send 8 7 Request to Send Bảng 17 Kết nối loại 9 chân với 9 chân chuẩn RS232 9 pin 25 pin Recieve Data 2 2 Transmit Data Transmit Data 3 3 Recieve Data Data Terminal Ready 4 6+8 Data Set Ready +Carrier Detect System Ground 5 7 System Ground DataSet Ready+Carrier Detect 6+1 20 Data Terminal Ready Request to Send 7 5 Clear to Send Clear to Send 8 4 Request to Send Bảng 18 Kết nối loại 9 chân với 25 chân chuẩn RS232 3.3.1.7 Thủ tục truyền nhận  Thủ tục phát tin TxD - Thiết bị đầu cuối (hay máy vi tính) gởi tín hiệu DTR (Data Terminal Ready - Sự sẵn sàng của thiết bị đầu cuối có số liệu) mức thấp cho Modem báo nó sẵn sàng. - Modem gởi trả lời thiết bị đầu cuối (TBĐC) bằng tín hiệu DSR (Data Set Ready) mức thấp. Thông thường, modem được đóng mạch nguồn nuôi bởi DTR và báo hiệu đã đóng mạch bởi DSR. - Nếu thiết bị đầu cuối có một ký tự (Character) sẵn sàng gởi đi, nó gởi RTS (Request To Send - yêu cầu gởi) mức thấp cho Modem. - Modem gởi tín hiệu CD (Carrier Detect - phát hiện sóng mang) cho TBĐC để báo rằng nó đã liên lạc được với máy vi tính. - Khi Modem đã hoàn toàn sẵn sàng phát số liệu lên đường dây, nó phát xung nhịp (Modem Clock) và tín hiệu CTR (Clear To Send) tới thiết bị đầu cuối. - TBĐC gởi các ký tự số liệu (SUD) TxD cho Modem. Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 30 -  - Khi thiết bị đầu cuối gởi xong số liệu, nó nâng mức RTS lên cao báo cho Modem là đã phát xong . - Modem trả lời thiết bị đầu cuối bằng cách kết thúc tín hiệu CTS về mức cao, báo đã hoàn thành việc truyền tin TxD.  Thủ tục nhận tin RxD Khi một thiết bị đầu cuối nhận tin nối tiếp từ đường dây, trình tự diễn ra như sau: - TBĐC thu gởi DTR mức thấp cho modem báo sẵn sàng. - Modem thu giữ trả lời bởi DSR. - Modem thu nhận tín hiệu CD từ đường dây và kích thích phát tín hiệu nhịp modem (Modem Clock) cho tín hiệu thu. - TBĐC phát tín hiệu RTS mức thấp cho modem biết là sẵn sàng thu. - Modem nhận tín hiệu RTS và phát CTS mức thấp cho thiết bị đầu cuối thu biết modem sẵn sàng nhận tin. - Modem nhận tín hiệu TxD đã điều chế ở trên đường dây đưa vào bộ giải điều chế và truyền chuỗi tín hiệu RxD cho thiết bị đầu cuối thu. - Khi thu xong, TBĐC thu nâng RTS lên cao báo cho modem biết việc thu một lời tin đã xong. - Modem thu nâng mức CTS lên cao để báo đã kết thúc việc thu các tín hiệu RxD. 3.3.4 Giao tiếp điện thoại với máy tính qua USB Modem 3.3.2.5 Giới thiệu Trong đề tài này sử dụng việc kết nối Mobile với máy tính thông qua chức năng USB Modem của Mobile Motorola. USB Modem có chức năng kết nối Internet cho một chiếc máy tính giống như ADSL Modem. Nhưng đề tài sẽ không dùng USB Modem vào mục đích kết nối với Internet mà sử dụng với mục đích là tạo ra một cổng COM nối tiếp để truy xuất và điều khiển Mobile với máy tính thông qua tập lệnh AT. Lúc này Mobile sẽ có chức năng như một GSM Modem, cho phép lập trình để điều khiển việc gửi nhận tin nhắn SMS thông qua tập lệnh AT. Hầu hết các điện thoại hỗ trợ tập lệnh AT đều đã tích hợp GSM Modem trong phần cứng của máy. Muốn sử dụng chức năng USB Modem của Mobile thì cần phải cài đặt Driver cho việc giao tiếp của Mobile với máy tính. Driver đấy được cung cấp bởi hãng sản xuất ra Mobile. Khi đã cài đặt Driver cho máy tính thì sẽ nhận được một cổng COM, cổng COM này là mặc định và phải kiểm tra để biết được đây là COM mấy. Điều này rất quan trọng để truy xuất giao tiếp giữa Mobile và máy tính . Vì trong đề tài sử dụng Mobile đã có sẵn là Motorola A1200 nên việc trình bày sẽ hướng theo quy định của hãng Motorola. Đối Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 31 -  với một số loại điện thoại khác thì có thể lấy cổng COM bằng cách cài đặt chương trình quản lý riêng theo từng hãng. Trong đề tài này việc giao tiếp với máy tính và Mobile có thể không nhất thiết phải là Motorola mà quan trong nhất là Mobile phải hỗ trợ trợ tập lệnh điều khiển AT. Ví dụ như Nokia có rất nhiều đời máy lập trình được thông qua tập lệnh AT. Vì vậy đề tài này vẫn có thể sử dụng một điện thoại Mobile với chi phí thấp để ứng dụng trong thực tế. 3.3.2.6 Cài đặt và sử dụng Driver cho USB Modem Đối với các điện thoại đã tích hợp sẵn chức năng USB Modem thì việc cài driver cũng như điều khiển thông qua tập lệnh AT sẽ trở nên dễ dàng hơn. Vì đề tài sử dụng A1200 của Motorola nên việc cài đặt Driver sẽ theo hướng dẫn của hãng sản xuất. Phần cứng kết nối : Mobile, cáp USB Phần mềm : USBMODEM_DRIVER_A1200 hoặc Handset_USB_Driver_32_v3.4.0.msi (cho hầu hết điện thoại Motorola). Cài đặt Driver : Đối với USBMODEM_DRIVER_A1200 Chỉnh Mobile theo dạng kết nối là USB Modem. Sau đó gắn Cáp USB nối tiếp giữa Mobile và máy tính. Lúc này máy tính sẽ hiện lên yêu cầu. Sau đó chọn “No, not this time” rối bấm Next Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 32 -  Chọn “Install from a list or specific location (Advanced)”, tiếp tục bấm Next Sau đó xuất hiện bảng yêu cầu tiếp theo Ta chọn “ Include this location in the search”, sau đó nhấn Browse và chọn Driver trên máy tính. Sau đó bấm Next để tiếp tục việc cài đặt Đối với Handset_USB_Driver_32_v3.4.0.msi : việc cài đặt này không cần phải cắm cáp giữa Mobile và máy tính, việc cái đặt cũng trở nên dễ dàng hơn, nhưng chỉ hỗ trợ một số loại Mobile của Hãng Motorola Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 33 -  Sau khi nhấp vào file SETUP, ta thấy xuất hiện bảng yêu cầu Bấm Next để tiếp tục việc cài đặt Sau đó xuất hiện bảng yêu câu sau Chọn “I agree” sau đó nhấn Next để tiếp tục Sau đó việc cài đặt được tiến hành và bấm Close để kết thúc quá trình cài đặt : Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 34 -   Giao tiếp của Mobile không có USB Modem với máy tính : Đề tài sẽ chỉ sử dụng Mobile Motorola nhưng với các điện thoại khác muốn sử dụng cổng COM để truy xuất tập lệnh AT vẫn có thể được, cụ thể là Nokia, là hãng điện thoại lớn hỗ trợ tập lệnh AT cho hầu hết Mobile của Hãng. Khi cài đặt phần mềm Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 35 -  của hãng thì sẽ xuất hiện cổng COM cho việc truy xuất. Các điện thoại cần được hỗ trợ tập lệnh AT thì mới có thể điều khiển được. 3.3.2.7 Kiểm tra Com Portname : Có 2 cách kiểm tra xem USB Modem kết nối vào máy tính được gán cho cổng Com thứ mấy : Cách 1: Bấm chuột phải vào My Computer chọn Properties : Sau đó chọn tab Hardware trên bảng System Properties: Chọn Device Manager Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 36 -  Sau đó hiện ra bảng điều hành các thiết bị kết nối : Nhấp vào mục Modem thấy xuất hiện một Modem vừa cài đặt là Motorola USB Modem. Ta nhấp chuột phải chọn Properties Ta tiếp tục chọn Advance Port setting: Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 37 -  Cuối cùng ta thấy tên cổng Com Port dùng để truy xuất. Tại phần COM port Number ta có thể thay đổi tên cổng COM mà ta muốn trong giới hạn của Main Board Cách 2 : dùng chương trình có sẵn là HyperTerminal Ta nhấp Start → Accessories → Communications →HyperTerminal Ta đặt tên cho kết nối và chọn Icon như hình : Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 38 -  Sau khi nhấn OK ta được khung chọn lựa cho cổng Com kết nối như sau Lúc này ta có thể chọn Motorola USB Modem cho việc kết nối Internet, trong đề tài sử dụn COM3, là cổng truy xuất dữ liệu của Mobile và máy tính. COM3 chỉ xuất hiện sau khi đã cài đặt USB Modem. 3.3.2.8 Kiểm tra những Mobile phone được hỗ trợ tập lệnh AT Microsoft HyperTerminal là một chương trình nhỏ được cung cấp bởi Microsoft Windows. Ta sẽ dùng chương trình này để gửi lệnh AT đến Mobile. Chúng tôi đã trình bày về cách lấy chương trình này ở phần trên nếu đã được cài đặt sẵn trên máy tính. Nếu như, trên máy tính không được cài sẵn chương trình này thì chúng ta sẽ tiến hành cài đặt lại như sau : Control Panel → Add/Remove Program → Windows Setup → Communications list box item → Details button để install MS HyperTerminal Đồ án tốt nghiệp Chương 3 Truyền Dữ Liệu và Giao Tiếp Máy Tính GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 39 -  Trước khi nhóm bắt đầu lập trình cho những ứng dụng chứa tập lệnh AT thì nhóm đã kiểm tra xem mobile đấy có hỗ trợ tập lệnh AT hay không. Để sử dụng MS HyperTerminal cho việc gửi lệnh AT điều khiển Mobile thì cần phải làm theo những bước như sau: a. Đặt một thẻ SIM hợp lệ vào điện thoại di động hoặc GSM / GPRS modem. Bạn có thể có được một thẻ SIM bằng cách đăng ký vào các mạng GSM dịch vụ của một nhà điều hành mạng không dây. b. Kết nối điện thoại di động hoặc GSM / GPRS modem với một máy tính và cài đặt phần mềm để diều khiển modem. c. MS HyperTerminal chạy bằng cách chọn Start → Programs → Accessories → Communications → HyperTerminal. d. Trong Connection Description, nhập một tên và chọn một biểu tượng cho các bạn muốn kết nối. Sau đó bấm vào nút OK. Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 40 -  CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ 4.1. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ Gồm 2 phương án thiết kế như sau: Phương án 1 : Dùng bộ GSM MODEM để kết nối máy tính : chi phí và giá thành khá đắt. Thích hợp cho lập trình lệnh AT dễ dàng và đầy đủ tín năng cho lập trình với lệnh AT. Phương án 2: Dùng điện thoại di động có chức năng USB MODEM để kết nối máy tính. Việc lập trình cho USB MODEM cũng tương tự như GSM MODEM nhưng có hạn chế hơn vì một số loại điện thoại hỗ trợ USB MODEM nhưng không hỗ trợ lệnh AT Phương án lựa chọn : chọn phương án 2 vì tận dụng điện thoại sẵn có. Hầu hết các điện thoại Nokia đều có USB Modem và hỗ trợ lệnh AT. Lệnh AT là lệnh dùng để điều khiển điện thoại theo ý muốn của người dùng thông qua tập lệnh 4.2. SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT CỦA TOÀN HỆ THỐNG VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI Hình 61 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển thiết bị điện bằng tin nhắn SMS Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 41 -  Khối Giao Tiếp SMS : Có chức năng gửi nhận tin nhắn SMS cho việc điều khiển các thiết bị. Khối này cần hai thiết bị điện thoại di động :  Thiết bị điện thoại di động thứ nhất: dành cho người sử dụng. Người sử dụng cần phải đăng kí dịch vụ viễn thông đối với các nhà cung cấp dịch vụ trong nước.  Thiết bị điện thoại di động thứ hai: Điện thoại này phải được gắn Sim của nhà cung cấp dịch vụ và cũng cần phải có chức năng như một Modem đề có thể kết với máy tính. Việc kết nối cần có phần mềm của hãng cung cấp điện thoại. Cái này được đặt cố định và thường xuyên kết nối với máy tính. Khi người sử dụng nhắn một tin SMS có nội dung là một lệnh yêu cầu điều khiển thiết bị. Ví dụ : light_1 on, light_2 on, light_1 off, ….. thì điện thoại kia sẽ nhận tin nhắn và được xử lí bởi Khối Xử Lí Phần Mềm và Giao Tiếp. Khối Xử Lí Phần Mềm và Giao Tiếp : Có chức năng đọc tin nhắn SMS từ điện thoại thông qua chức năng Modem của điện thoại. Khối này có nhiệm vụ trung tâm và quan trọng trong việc xử lí và điều khiển phần mềm. Việc xử lí sẽ do phần mềm được tạo ra bởi phần mềm Visual Basic .Net của Microsoft . Phần mềm này có nhiệm vụ giao tiếp với điện thoại thông qua Modem của điện thoại và giao tiếp với Khối Xử Lí Phần Cứng thông qua cổng RS232. Khi điện thoại nhận được tin nhắn điều khiển thì phần mềm sẽ đọc tin nhắn thông qua việc gửi tập lệnh AT đọc tin nhắn. Sau đó sẽ xử lí lệnh điều khiển và truyền dữ liệu bật tắt thiết bị thông qua việc truyền nhận qua cổng RS232. Trong phần mềm giao tiếp cần đặt thuộc tính cho việc chọn cổng kết nối với Modem của điện thoại và RS232 . Phần mềm còn cho phép hiển thị nhiệt độ và vẽ đồ thị hiển thị kết qủa đo đạt được . Khi người dùng muốn giám sát thông qua điện thoại thì phần mềm cũng cho phép gửi tin nhắn SMS đến người dùng để thông báo các trạng thái thiết bị và báo nhiệt độ. Nếu nhiệt độ vượt qua ngưỡng cho phép thì phần mềm sẽ gửi tin nhắn đến các cơ quan có thẩm quyền Khối Xử Lí Phần Cứng : Khối xử lí phần cứng là khối trung tâm trong việc xử lí và điều khiển phần cứng. Khối chỉ do một vi điều khiển Pic16F877A đảm nhận và có nhiệm vụ gửi nhận dữ liệu với khối xử lí phần mềm một cách liên tục. Khi Khối xử lí phần mềm gửi thông tin điều khiển thì Khối xử lí phần cứng sẽ được lập trình để thực thi thông qua phần mềm PicBasic Pro. Vi điều khiển có nhiệm vụ đọc nhiệt độ từ cảm biến, giao tiếp với khối LCD- Keypad và Khối công suất. Khối Cảm Biến : Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 42 -  Là một cảm biến nhiệt độ LM35 có khả năng đo nhiệt độ thực từ môi trường bên ngoài để xuất điện áp tương ứng cho Khối xử lí phần cứng. Cảm biến có độ sai số nhỏ thích hợp cho việc đo điện áp cho những nơi không đòi hỏi độ chính xác tuyệt đối Khối Giao Tiếp LCD và Keypad : Khối này bao gồm một LCD trắng đen 16x2 và một bàn phím ma trận có nhiệm vụ mở một thiết bị. Ví dụ: mở cửa,…Khối xử lí phần cứng có khả năng đặt mật mã và sẽ quét các phím nhấn từ Keypad và hiển thị ra LCD. Nếu đúng mật mã đã đặt thì mở cửa, còn sai 3 lần thì sẽ khóa phím. Khối Công Suất: Khối này bao gồm Moc3020 và Triac BT136 có nhiệm vụ giao tiếp giữa mức logic TTL với điện áp xoay chiều 220VAC. Khối công suất với dòng thấp, đáp ứng tải tiêu tụ công suất thấp và dân dụng như bóng đèn 4.3. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ PHẦN CỨNG: Hình 62 Sơ đồ nguyên lí phần cứng điều khiển thiết bị điện Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 43 -  4.4. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ TỪNG KHỐI 4.4.1. Khối xử lý trung tâm : Pic16F877A Khối xử lí trung tâm mà đóng vai trò chính là Pic 16F877A sẽ làm nhiệm vụ chính là tiếp nhận và xử lí các dữ liệu đến và đi một cách tự động. Đề tài sử dụng PIC 16F877A vì những ưu điểm vượt trội của nó so với các vi điều khiển khác. Về mặt tính năng và công năng thì có thề xem PIC vượt trội hơn rất nhiều so với 89 với nhiều module được tích hợp sẵn như ADC 10 BIT, PWM 10 BIT, EEPROM 256 BYTE, COMPARATER, VERF COMPARATER…Về mặt giá cả thì có đôi chút chênh lệch như giá 1 con 89S52 khoảng 20.000 thì PIC16F877A là 60.000 nhưng khi so sánh như thế thì ta nên xem lại phần linh kiện cho việc thiết kế mạch nếu như xài 89 muốn có ADC bạn phải mua con ADC chẳng hạn như ADC 0808 hay 0809 với giá vài chục ngàn và bộ opamp thì khi sử dung PIC nó đã tích hợp cho ta sẵn các module đó có nghĩa là bạn ko cần mua ADC, Opam, EPPROM vì PIC đã có sẵn trong nó. Ngoài chúng ta sẽ gặp nhiều thuận lợi hơn trong thiết kế board, khi đó board mạch sẽ nhỏ gọn và đẹp hơn dễ thi công hơn rất nhiều, vì tính về giá cả tổng cộng cho đến lúc thành phẩm thì PIC có thể xem như rẻ hơn 89. Một điều đặc biệt nữa là tất cả các con PIC được sử dụng thì đều có chuẩn PI tức chuẩn công nghiệp thay vì chuẩn PC (chuẩn dân dụng). Ngoài ra, PIC có ngôn ngữ hổ trợ cho việc lập trình ngoài ngôn ngữ Asembly còn có ngôn ngữ C thì có thề sử dung CCSC, HTPIC, MirkoBasic,… và còn nhiều chương trình khác nữa để hỗ trợ cho việc lập trình bên cạnh ngôn ngữ kinh điển là asmbler thì sử dụng MPLAB IDE. Bên cạnh đó với bề dày của sự phát triển lâu đời PIC đã tạo ra rất nhiều diễn đàn sôi nổi về PIC cả trong và ngoài nước. Chính vì vậy chúng ta sẽ có nhiều thuận lợi trong việc dễ dàng tìm kiếm các thông tin lập trình cho các dòng PIC. Dòng PIC 16F877A được chọn sử dụng trong đề tài là dòng phổ thông với các tính năng cơ bản và dễ cho việc sử dụng với: - Tập lệnh để lập trình chỉ có 35 lệnh rất dễ nhớ và dễ học. - 8k Flash Rom. - 368 Bytes Ram. - 5 Port điều khiển vào ra với tín hiệu điề khiển độc lập, với dòng ra cao có thề kích trực tiếp các transirtor mà ko cần wa bộ buffer. - 2 bộ định thời timer0 và timer2 8 bit có thể lập trình được. - 1 bộ định thời timer1 16 bit có thể hoạt động trong chế độ sleep với nguồn xung clock ngoài. Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 44 -  - 2 bộ module CCP ( bao gồm Capture bắt giữ, Compare so sánh, PWM điều chế xung 10 bit). - 1 bộ ADC với 8 kênh ADC 10 bit . - 2 bộ so sánh tương tự hoạt động độc lập. - Bộ giám sát định thời Watchdogtimer. - 1 cổng song song 8 bit với các tín hiệu điều khiển. - 1 cổng nối tiếp. - Hỗ trợ giao tiếp I2C. - 15 nguồn ngắt. - Chế độ sleep tiết kiệm năng lượng. - Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP. - Tần số hoạt động tối đa là 20Mhz. Sơ đồ chân của Vi điều khiển Pic 16F877A Hình 63 Sơ đồ chân của PIC 16F877A Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 45 -  Sơ đồ nguyên lý : Hình 64 Sơ đồ kết nối PIC 16F877A Thông số vi điều khiển PIC16F877A Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock. Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O. Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau: - Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit. - Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào. - Xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep. - Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler. - Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rông xung. - Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C. - Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ. Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 46 -  - Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD, WR. - Các đặc tính Analog : 8 kênh chuyển đổi ADECLARE 10 bit. Hai bộ so sánh. Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như: - Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần. - Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần. - Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm. - Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm. - Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming) thông qua 2 chân. - Watchdog Timer với bộ dao động trong. - Chức năng bảo mật mã chương trình. - Chế độ Sleep. - Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau. Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 47 -  Sơ đồ khối : Hình 65 Sơ đồ khối bên trong của PIC 16F877A Tổ chức bộ nhớ: Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F877A bao gồm bộ nhớ chương trình (Program memory) và bộ nhớ dữ liệu (Data Memory). Các cổng xuất nhập của PIC16F877A Cổng xuất nhập (I/O port) chính là phương tiện mà vi điều khiển dùng để tương tác với thế giới bên ngoài. Sự tương tác này rất đa dạng và thông qua quá trình tương tác đó, chức năng của vi điều khiển được thể hiện một cách rõ ràng. Một cổng xuất nhập của vi điều khiển bao gồm nhiều chân (I/O pin), tùy theo cách bố trí và chức năng của vi điều khiển mà số lượng cổng xuất nhập và số lượng chân trong mỗi cổng có thể khác nhau. Bên cạnh đó, do vi điều khiển được tích hợp Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 48 -  sẵn bên trong các đặc tính giao tiếp ngoại vi nên bên cạnh chức năng là cổng xuất nhập thông thường, một số chân xuất nhập còn có thêm các chức năng khác để thể hiện sự tác động của các đặc tính ngoại vi nêu trên đối với thế giới bên ngoài. Chức năng của từng chân xuất nhập trong mỗi cổng hoàn toàn có thể được xác lập và điều khiển được thông qua các thanh ghi SFR liên quan đến chân xuất nhập đó. Vi điều khiển PIC16F877A có 5 cổng xuất nhập, bao gồm PORTA, PORTB, PORTC, PORTD và PORTE.  PORTA PORTA (RPA) bao gồm 6 I/O pin. Đây là các chân “hai chiều” (bidirectional pin), nghĩa là có thể xuất và nhập được. Chức năng I/O này được điều khiển bởi thanh ghi TRISA (địa chỉ 85h). Muốn xác lập chức năng của một chân trong PORTA là input, ta “set” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA và ngược lại, muốn xác lập chức năng của một chân trong PORTA là output, ta “clear” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA. Thao tác này hoàn toàn tương tự đối với các PORT và các thanh ghi điều khiển tương ứng TRIS (đối với PORTA là TRISA, đối với PORTB là TRISB, đối với PORTC là TRISC, đối với PORTD là TRISD vàđối với PORTE là TRISE). Bên cạnh đó PORTA còn là ngõ ra của bộ ADECLARE, bộ so sánh, ngõ vào analog ngõ vào xung clock của Timer0 và ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port). Đặc tính này sẽ được trình bày cụ thể trong phần sau. Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTA bao gồm: PORTA (địa chỉ 05h) : chứa giá trị các pin trong PORTA. TRISA (địa chỉ 85h) : điều khiển xuất nhập. CMCON (địa chỉ 9Ch) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh. CVRCON (địa chỉ 9Dh) : thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện áp. ADECLAREON1 (địa chỉ 9Fh) : thanh ghi điều khiển bộ ADECLARE.  PORTB PORTB (RPB) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISB. Bên cạnh đó một số chân của PORTB còn được sử dụng trong quá trình nạp chương trình cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau. PORTB còn liên quan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer0. PORTB còn được tích hợp chức năng điện trở kéo lên được điều khiển bởi chương trình. Cấu trúc bên trong và chức năng cụ thể của từng chân trong PORTB sẽ được trình bày cụ thể trong Phụ lục 1. Các thanh ghi SFR liên quan đến PORTB bao gồm: PORTB (địa chỉ 06h,106h) : chứa giá trị các pin trong PORTB TRISB (địa chỉ 86h,186h) : điều khiển xuất nhập OPTION_REG (địa chỉ 81h,181h) : điều khiển ngắt ngoại vi và bộ Timer0. Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 49 -   PORTC PORTC (RPC) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISC. Bên cạnh đó PORTC còn chứa các chân chức năng của bộ so sánh, bộ Timer1, bộ PWM và các chuẩn giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART. Các thanh ghi điều khiển liên quan đến PORTC: PORTC (địa chỉ 07h) : chứa giá trị các pin trong PORTC TRISC (địa chỉ 87h) : điều khiển xuất nhập.  PORTD PORTD (RPD) gồm 8 chân I/O, thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISD. PORTD còn là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp PSP (Parallel Slave Port). Cấu trúc bên trong và chức năng cụ thể của từng chân trong PORTD sẽ được trình bày cụ thể trong Phụ lục 1. Các thanh ghi liên quan đến PORTD bao gồm: + Thanh ghi PORTD : chứa giá trị các pin trong PORTD. + Thanh ghi TRISD : điều khiển xuất nhập. + Thanh ghi TRISE : điều khiển xuất nhập PORTE và chuẩn giao tiếp PSP.  PORTE PORTE (RPE) gồm 3 chân I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE. Các chân của PORTE có ngõ vào analog. Bên cạnh đó PORTE còn là các chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP. Các thanh ghi liên quan đến PORTE bao gồm: + PORTE : chứa giá trị các chân trong PORTE. + TRISE : điều khiển xuất nhập và xác lập các thông số cho chuẩn giao tiếp PSP. + ADECLAREON1 : thanh ghi điều khiển khối ADECLARE.  ADECLARE ADECLARE (Analog to Digital Converter) là bộ chuyển đổi tín hiệu giữa hai dạng tương tự và số. PIC16F877A có 8 ngõ vào analog (RA4:RA0 và RE2:RE0). Hiệu điện thế chuẩn VREF có thể được lựa chọn là VDD, VSS hay hiệu điện thể chuẩn được xác lập trên hai chân RA2 và RA3. Kết quả chuyển đổi từ tín tiệu tương tự sang tín hiệu số là 10 bit số tương ứng và được lưu trong hai thanh ghi ADRESH: ADRESL. Khi không sử dụng bộ chuyển đổi ADECLARE, các thanh ghi này có thể được sử dụng như các thanh ghi thông thường khác. Khi quá trình chuyển đổi hoàn tất, Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 50 -  kết quả sẽ được lưu vào hai thanh ghi ADRESH:ADRESL, bit GO/DONE (ADECLAREON0) được xóa về 0 và cờ ngắt ADIF được set Thanh ghi ADECLAREON0 (địa chỉ 1Fh) Hình 66 Cấu trúc thanh ghi ADECLAREN0 Bit 7-6 ADECLARES1:ADECLARES0:chọn xung cho ADECLARE ADECLAREON1(ADECL ARES2) ADECLAREON0(ADECLARES1:A DECLARES0) Xung Clock 0 00 Fosc/2 0 01 Fosc/8 0 10 Fosc/32 0 11 Xung nội 1 00 Fosc/4 1 01 Fosc/16 1 10 Fosc/64 1 11 Xung nội Bảng 19 Chọn xung cho ADECLARE Bit 5-3 CHS2:CHS0: Chọn kênh cho ADECLARE + 000 = Channel 0 (AN0) + 001 = Channel 1 (AN1) + 010 = Channel 2 (AN2) + 011 = Channel 3 (AN3) + 100 = Channel 4 (AN4) + 101 = Channel 5 (AN5) + 110 = Channel 6 (AN6) + 111 = Channel 7 (AN7) Bit 2 GO/DONE: Bit trạng thái của ADECLAR + 1 = Báo ADECLARE đang hoạt động và tự động chuyển về 0 khi quá trình xử lí xong. Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 51 -  + 0 = ADECLARE chưa xử lí. Bit 1 Unimplemented: Read as ‘0’ Bit 0 ADON: Bit bật ADECLARE + 1 = ADECLARE được cấp nguồn + 0 = ADECLARE tắt và không tiêu thụ dòng Thanh ghi ADECLAREON1(Địa chỉ 9Fh) Hình 67 Cấu trúc thanh ghi ADELAREON1 Bit 7 ADFM: Bit định dạng kết quả ADECLARE + 1 = Bên Phải. Six (6) Most Significant bits of ADRESH are read as ‘0’. + 0 = Bên Trái. Six (6) Least Significant bits of ADRESL are read as ‘0’. Bit 6 ADECLARES2: Bit chọn xung Clock Bit 3-0 PCFG3:PCFG0: Bit cấu hình điều khiển Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 52 -  Bảng 20 Bảng lực chọn cấu hình điều khiển cho thanh ghi ADECLAREON1 Các bước chuyển đổi từ tương tự sang số: 1. Thiết lập các thông số cho bộ chuyển đổi ADECLARE: - Chọn ngõ vào analog, chọn điện áp mẫu (dựa trên các thông số của thanh ghi ADECLAREON1) - Chọn kênh chuyển đổi AD (thanh ghi ADECLAREON0). - Chọn xung clock cho kênh chuyển đổi AD (thanh ghi ADECLAREON0). - Cho phép bộ chuyển đổi AD hoạt động (thanh ghi ADECLAREON0). 2. Thiết lập các cờ ngắt cho bộ AD - Clear bit ADIF. - Set bit ADIE. - Set bit PEIE. - Set bit GIE. 3. Đợi cho tới khi quá trình lấy mẫu hoàn tất. 4. Bắt đầu quá trình chuyển đổi (set bit GO/DONE). 5. Đợi cho tới khi quá trình chuyển đổi hoàn tất bằng cách: - Kiểm tra bit GO/DONE . Nếu bit GO/DONE =0, quá trình chuyển đổi đã hoàn tất. - Kiểm tra cờ ngắt. 6. Đọc kết quả chuyển đổi và xóa cờ ngắt, set bit GO/DONE (nếu cần tiếp tục chuyển đổi). 7. Tiếp tục thực hiện các bước 1 và 2 cho quá trình chuyển đổi tiếp theo. Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 53 -  Yêu cầu lấy mẫu của ADECLARE: Để việc lây mẫu ADECLARE được chính xác ta dùng một tụ giữ C Hold với điện áp được nạp đẩy bằng với mức điện áp của ngõ vào. Trở kháng nguồn Rs và trở kháng chuyển mạch lấy mẫu nội ảnh hưởng trực tiếp đền thời gian nạp của tụ CHOLD. Trở kháng tối đa cho tín hiệu tương tự được đề nghị là 2.5k. Khi trở kháng bị giảm đi thì thời gian lấy mẫu cũng giảm theo. Sau khi kênh ngõ vào tương tự được chọn thì việc lấy mẫu phải được làm trước khi việc chuyển đổi bắt đầu. Hình 68 Sơ đồ thời gian lấy mẫu Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 54 -  Hình 69 Sơ đồ ngõ vào tương tự Lựa chọn xung Clock cho ADECLARE: Thời gian chuyển đổi ADECLARE được xác định cho mỗi Bit là TAD. Việc chuyển đổi yêu cầu cần đến thời gian tối thiểu là 12 TAD. Nguồn xung Clock cho việc chuyển đổi được lựa chọn bởi phần mềm. Có 7 mức lựa chọn cho phép là: + 2 TOSC. + 4 TOSC. + 8 TOSC. + 16 TOSC. + 32 TOSC. + 64 TOSC. + Bộ dao động nội RC(2-6us). Để việc lấy mẫu chính xác thì thời gian lấy mẫu TAD phải tối thiểu là 1.6us được chọn bởi Xung Clock Sự chuyển đổi ADECLARE Nếu xóa Bit Go/Done trong khi đang chuyển đổi sẽ làm cho việc chuyển đổi bị hủy. Khi đó thanh ghi lưu kết quả sẽ không được cập nhật mà sẽ giữ lại kết quả của lần lưu trước đó. Hình 70 Sơ đồ chu kì Tad Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 55 -  Hoạt động của ADECLARE trong quá trình ngủ : The A/D module có thể hoạt động trong chế độ Sleep. Cái này đòi hỏi nguồn xung Clock được đặt ở RC (ADECLARES1: ADECLARES0 = 11. Khi nguồn xung nội RC được chọn thì AD đợi 1 chu kì lệnh trước khi bắt đầu việc chuyển đổi. điều này cho phép lệnh Sleep được thực thi và sẽ loại trừ được nhiễu trong quá trình chuyển đổi. Khi việc chuyển đổi hoàn tất thì Bit Go/Done bị xóa và đưa kết quả đền thanh ghi ADRES. Nếu ngắt AD cho phép thì vi điều khiển sẽ thoát chi chế độ ngủ. Hình 71 Bảng Tổng hợp các Bit và Thanh ghi liên quan Giao tiếp nối tiếp: USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) là một trong hai chuẩn giao tiếp nối tiếp.USART còn được gọi là giao diện giao tiếp nối tiếp nối tiếp SCI (Serial Communication Interface). Có thể sử dụng giao diện này cho các giao tiếp với các thiết bị ngọai vi, với các vi điều khiển khác hay với máy tính. Các dạng của giao diện USART ngọai vi bao gồm: + Bất động bộ (Asynchronous). + Đồng bộ Master mode. + Đồng bộ Slave mode. Hai Chân dùng cho giao diện này là RC6/TX/CK và RC7/RX/DT, trong đó RC6/TX/CK dùng để truyền xung clock (baud rate) và RC7/RX/DT dùng để truyền data. Trong trường hợp này ta phải set bit TRISC và SPEN (RCSTA) để cho phép giao diện USART. PIC16F877A được tích hợp sẵn bộ tạo tốc độ baud BRG (Baud Rate Genetator) 8 bit dùng cho giao diện USART. BRG thực chất là một bộ đếm có thể được sử dụng cho cả hai dạng đồng bộ và bất đồng bộ và được điều khiển bởi thanh ghi PSBRG. Ở dạng bất đồng bộ, BRG còn được điều khiển bởi bit BRGH ( TXSTA). Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 56 -  Thanh ghi TXSTA : Hình 72 Cấu tạo thanh ghi TXSTA Bit 7 CSRC : Bit chọn nguồn xung Chế độ bất đồng bộ : Không cần thiết Chế độ đồng bộ : + 1 = Chế độ Chủ ( Phát xung dao động nội từ BRG). + 0 = Chế độ Tớ ( Xung dao động ngoại). Bit 6 TX9 : Bit cho phép truyền 9 Bit + 1 = Chọn chế độ truyền 9 bit. + 0 = Chọn chế độ truyền 8 bit. Bit 5 TXEN : Bit cho phép truyền + 1 = Cho phép truyền. + 0 = Không cho phép truyền. Bit 4 SYNC : Bit chọn chế độ USART + 1 = Chế đỗ đồng bộ. + 0 = Chế độ bất đồng bộ. Bit 2 BRGH : Bit chọn tốc độ Baud nhanh - Chế độ bất đồng bộ: + ‘1’ = Tốc độ nhanh. + ‘0’ = Tốc độ chậm. - Chế độ đồng bộ : không dùng. Bit 1 TRMT : Bit trạng thái dịch truyền thanh ghi + ‘1’ = TSR rỗng + ‘0’ = TSR đầy Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 57 -  Bit 0 TX9D : Bit thứ 9 của truyền dữ liệu, có thể là bit Parity Thanh ghi RCSTA : Bit 7 SPEN : Bit cho phép Serial Port + ‘1’ = cho phép Serial Port ( tức là cấu hình cho RC7/RX/DT và RC6/TX/CK như chân Serial Port). + ‘0’ = Không cho phép. Bit 6 RX9 : Bit cho phép nhận 9-bit. + ‘1’ = Cho phép nhận 9-bit. + ‘0’ = Cho phép nhận 8-bit . Bit 5 SREN : Bit cho phép nhận đơn độc: - Chế độ bất đồng bộ: không dùng. - Chế độ đồng bộ - Master: + ‘1’ = cho phép nhận đợn độc. + ‘0’ = không cho phép. - Chế độ đồng bộ - Slave: không cần. Bit 4 CREN: bit cho phép nhận tiếp tục. - Chế độ bất đồng bộ : + ‘1’ = cho phép nhận tiếp tục. + ‘0’ = không cho phép nhận tiếp tục. - Chế độ đồng bộ: + ‘1’ = cho phép nhận tiếp đến khi bit cho phép CREN bị xóa. + ‘0’ = Không cho phép nhận tiếp. Bit 3 ADDEN : Bit cho phép phát hiện địa chỉ - Chế độ bất đồng bộ 9-bit(RX9 = 1) : + ‘1’ = cho phép phát hiện địa chỉ, cho phép nhắt và tải bộ đệm nhận khi RSR được SET. + ‘0’ = Không cho phép phát hiện địa chỉ, tất cả các Bytes được nhận và Bit thứ 9 có thể được sử dụng như là Bit Parity. Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 58 -  Bit 2 FERR: Framing Error bit + ‘1’ = Framing error (can be updated by reading RCREG register and receive next valid byte). + ‘0’ = No framing error. Bit 2 FERR: bit báo lỗi khung truyền + ‘1’ = Lỗi khung truyền ( có thể được cập nhật bằng cách đọc thanh ghi RCREG và nhận Byte tiếp theo). + ‘0’ = Bit 1 OERR : bit báo lỗi tràn bộ nhớ + ‘1’ = Lỗi tràn ( có thể xóa bằng cách xóa Bit CREN). + ‘0’ = Không báo lỗi tràn. Bit 0 RX9D: Bit thứ 9 của dữ liệu nhận (có thể là Bit parity nhưng phải được tính toán bởi người dùng) Bảng tốc độ Baud: (BRG = 0) Bảng tốc độ Baud : (BRG = 1) Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 59 -  Chế độ truyền bất đồng bộ USART Ở chế độ truyền này USART hoạt động theo chuẩn NRZ (None-Return-to- Zero), nghĩa là các bit truyền đi sẽ bao gồm 1 bit Start, 8 hay 9 bit dữ liệu (thông thường là 8 bit) và 1 bit Stop. Bit LSB sẽ được truyền đi trước. Các khối truyền và nhận data độc lập với nhau sẽ dùng chung tần số tương ứng với tốc độ baud cho quá trình dịch dữ liệu (tốc độ baud gấp 16 hay 64 lần tốc độ dịch dữ liệu tùy theo giá trị của bit BRGH), và để đảm bảo tính hiệu quả của dữ liệu thì hai khối truyền và nhận phải dùng chung một định dạng dữ liệu. Chế độ truyền bất đồng bộ được chọn bằng cách xóa Bit SYNC (TXSTA) Module truyền bất đồng bộ USART bao gồm : + Phát tốc độ Baud. + Mạch lấy mẫu. + Bộ Truyền bất đồng bộ. + Bộ Nhận bất đồng độ. Bộ truyền bất đồng bộ USART : Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 60 -  Khồi truyền bất đồng bộ USART được chỉ trong hình dưới. Trung tâm của bộ truyền là thanh ghi truyền dịch TSR. Thanh ghi dịch chứa dữ liệu bên trong nó từ việc đọc/ghi bộ đệm truyền, TXREG. Thanh ghi TXREG được tải với dữ liệu bên trong phần mềm. Thanh ghi TSR không được tải dữ liệu cho đến khi Bit Stop đã được truyền từ lần tải cuối cùng. Khi Bit Stop được truyền, thanh ghi TSR được tải vào dữ liệu mới từ thanh ghi TXREG. Một khi thanh ghi TXREG truyền dữ liệu đến thanh ghi TSR, thanh ghi TXREG trống và bit cờ, TXIF (PIR), được đặt. Hình 73 Sơ đồ bộ truyền dữ liệu bất đồng bộ UART Khi cài đặt cho việc truyền dữ liệu bất đồng bộ. Ta làm như sau: 1. Khởi tao thanh ghi SPBRG cho tốc độ Baud. Nếu muốn truyền với tốc độ cao thì đặ Bit BRGH 2. Cho phép truyền bất đồng bộ qua cổng nt bằng cách xóa Bit SYNC và đặt Bit SPEN lên 1 3. Nếu muốn sử dụng ngắt, thì cho phép đặt Bit TXIE lên 1 4. nếu muốn truyền 9-bit thì đặt Bit TX9 lên 1 5. Cho phép truyền bằng cách đặt Bit TXEN, mà cũng sẽ đặt Bit TXIF lên 1 6. Nếu chọn chế độ truyền 9-Bit, Bit thứ 9 sẽ được tải vào trong Bit TX9D 7. Tải dữ liệu đến thanh ghi TXREG(bắt đầu truyền) 8. Nếu sử dụng ngắt, thì Bit GIE và PEIE(Bit 7,6) của thanh ghi INTCON được đặt Đồ án tốt nghiệp Chương 4 Thiết Kế GVHD_Trần Thu Hà  ‐ 61 -  Bảng 21 Thanh ghi hỗ trợ Bộ nhận bất đồng bộ: Khối nhận được trình bày như hình dưới. Dữ liệu nhận trên chân RC7/RX/DT và dồn vào khối khôi phục dữ liệu. Khối khôi phục dữ liệu thật ra là dịch dữ liệu tốc độ cao, hoạt động nhanh gấp 16 lần tốc độ Baud. Một khi chế độ bất đồng bộ được chọn thì việc tiếp nhận được phép bằng cách đặt Bit CREN (RCSTA). Trung tâm của bộ nhận là thanh ghi dịch nhận RSR. Sau khi lấy mẫu Bit Stop dữ liệu nhận trong RSR được truyền đến thanh ghi RCREG. Nếu việc truyền hoàn tất thì Bit Cờ RCIF lên 1. Ngắt thật sự cho phép hoặc không cho phép bằng cách đặt hoặc xóa Bit RCIE. Cờ RCIF chỉ là 1 Bit chỉ đọc và được xó bởi phần cứng. Nó được xóa khi thanh ghi RCREG được đọc và hoàn toàn không có dữ liệu. RCREG là 1 than