HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG ---------------------------------------

Hà Quang Thăng

ĐO ĐẠC VÀ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DỰA TRÊN DỊCH VỤ DI ĐỘNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.70

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI -2012

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học : TS. Đặng Hoài Bắc

Phản biện 1: …………………………………………………

Phản biện 2: …………………………………………………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc

sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc :…. giờ …. ngày …. tháng …. năm 2012

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

MỞ ĐẦU Trong thời đại ngày nay, hệ thống thông tin liên lạc là một trong những vấn đề quan trọng

của loài người. Nhiều nghiên cứu nhằm cải tiến khoảng cách điều khiển mang lại nhiều

thành công và có ý nghĩa thực tiễn như điều khiển thông qua đường dây điện, đường dây

điện thoại… Khi công nghệ wireless phát triển, người ta lại nghĩ đến điều khiển qua mạng

không dây, điều khiển từ xa dùng máy tính ra đời. Không dừng lại ở đó, khi mà các mạng

điện thoại đang cạnh tranh gay gắt, chiếc điện thoại trở nên vật dùng không thể thiếu của

mỗi cá nhân, người ta lại nghĩ về một chiếc điện thoại tích hợp khả năng điều khiển từ xa.

Đi cùng xu hướng phát triển đó, em đã chọn đề tài của luận văn : “Đo đạc và điều khiển

từ xa dựa trên dịch vụ di động”. Với luận văn này, em muốn sử dụng điện thoại di động

điều khiển thiết bị điện dân dụng, và đưa ra một số các cảnh báo tới người dùng. Đề xuất

phương án ứng dụng trong ytế. Để giao tiếp với mạng di động em đã sử dụng tới MODUL

SIM900Z. Em hy vọng với luận văn này sẽ làm cơ sở nghiên cứu và phát triển các ứng

dụng khác trên nền tảng di động.

Trong suốt khóa học tại Học viện Bưu chính viễn thông, với sự giúp đỡ của các thầy cô

và giảng viên hướng dẫn trong khoa Điện Tử về mọi mặt từ nhiều phía và nhất là trong

thời gian thực hiện luận văn, nên luận văn của em đã được hoàn thành đúng thời gian quy

định. Em xin chân thành cảm ơn đến: Các thầy cô trong khoa đã giảng dạy những kiến

thức chuyên môn làm cơ sở để thực hiện tốt luận văn đã được giao.

Đặc biệt là thầy TS. Đặng Hoài Bắc .Giảng viên hướng dẫn đã tạo mọi điều kiện, và

đưa ra những hướng dẫn cần thiết để em hoàn thành luận văn này.

Một lần nữa em xin gửi tới các thầy cô lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn chân thành nhất.

Luận văn tập trung chủ yếu đến một số nội dung cơ bản sau:

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC DỊCH VỤ CỦA MẠNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG Chương 2 - CÁC PHƯƠNG THỨC KẾT NỐI DỊCH VỤ ĐO ĐẠC ĐIỀU KHIỂN TỪ

XA DỰA TRÊN MẠNG DI ĐỘNG

Chương 3 - BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ VÀ CẢNH BÁO BẰNG TIN NHẮN

1

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC DỊCH VỤ CỦA MẠNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

1.1. Giới thiệu chung

1.2. Cấu trúc mạng di động

Hình 1.1: Cấu trúc mạng GSM

1.2.1. Hệ thống chuyển mạch SS - ( Switching system)

Hệ thống chuyển mạch bao gồm các chức năng chuyển mạch chính của GSM cũng như

các cơ sở dữ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao và quản lý di động của thuê bao. Chức năng

chính của SS là là quản lý thông tin giữa những người sử dụng mạng GSM với nhau và với

mạng khác.

BSS bao gồm hai loại thiết bị : BTS giao diện với MS và BSC giao diện với MSC.

1.2.3. Trạm di động MS

Trạm di động là thiết bị duy nhất mà người sử dụng có thể thường xuyên nhìn

thấy của hệ thống. MS có thể là thiết bị đặt trong ôtô hay thiết bị xách tay hoặc cầm tay.

Loại thiết bị nhỏ cầm tay sẽ là thiết bị trạm di động phổ biến nhất. Ngoài việc chứa các

2

chức năng vô tuyến chung và xử lý giao diện vô tuyến, MS còn phải cung cấp giao diện

với người sử dụng ( như: micro, loa, màn hiển thị, bàn phím để quản lý cuộc gọi ) hoặc

giao diện với một số các thiết bị khác như giao diện với máy tính cá nhân, Fax

GSM.

1.2.4. Hệ thống khai thác và bảo dưỡng OSS

OSS thực hiện ba chức năng chính sau :

* Khai thác và bảo dưỡng mạng.

* Quản lý thuê bao và tính cước.

* Quản lý thiết bị di động.

1.3. Giao diện vô tuyến và truyền dẫn

1.3.1. Giao diện vô tuyến

Hình 1.2: Truyền dẫn tiếng thoại.

1.3.3. Các dịch vụ phi thoại

1.3.4 .Nguyên lý đa thâm nhập

Chương 2 - CÁC PHƯƠNG THỨC KẾT NỐI DỊCH VỤ ĐO ĐẠC ĐIỀU KHIỂN TỪ

XA DỰA TRÊN MẠNG DI ĐỘNG

2.1. Giới thiệu các dịch vụ điều khiển dựa trên dịch vụ di động.

2.1.1. Dịch vụ cuộc gọi

3

2.1.2. Dịch vụ tin nhắn

2.2. Cấu hình và chức

năng của Module điều khiển

SIM900Z.

2.2.1 Cấu hình: Module SIM900Z là Module thu phát sóng GSM do hãng SIMCOM thiết kế. SIM900Z

có thể hoạt động trên 4 băng tần GSM 859MHz, EGSM 900MHz, DCS 1800MHz và PCS

1900MHz.

4

Hình 2.1:Module SIM900CZ

2.2.2 Các chân chức năng được sử dụng trong mạch

2.3. Xây dựng giao tiếp SMS thông qua Module SIM900Z.

Khi khởi động Module SIM900Z lần đầu ta cần cấu hình các chức năng giao tiếp thông

qua Module SIM900Z .

2.3.1 Các thuật ngữ:

Hình 2.11: Đặt thông số trong Hyper terminal

5

Chương 3 - BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ VÀ CẢNH BÁO BẰNG TIN NHẮN

3.1. Xây dựng phương án kết nối điều khiển dựa trên Vi xử lý giao tiếp với dịch vụ

di động.

Sơ đồ cấu trúc hệ thống

3.2. Kiến trúc giao tiếp của vi điều khiển ATMEGA.

ATmega16 là vi điều khiển 8 bit dựa trên kiến trúc RISC. Với khả năng thực hiện mỗi

lệnh trong vòng một chu kỳ xung clock, ATmega16 có thể đạt được tốc độ 1MIPS trên mỗi

MHz (1 triệu lệnh/s/MHz).

Dưới đây là sơ đồ khối của ATmega16

6

Hình 3.1. Sơ đồ cấu trúc ATmega16

3.2.1.1. Cấu trúc nhân và thanh ghi AVR

AVR sử dụng cấu trúc Harvard, tách riêng bộ nhớ và các bus cho chương trình và dữ

liệu. Các lệnh được thực hiện chỉ trong một chu kỳ xung clock. Bộ nhớ chương trình được

lưu trong bộ nhớ Flash.

3.2.1.2.Thanh ghi ALU

ALU làm việc trực tiếp với các thanh ghi chức năng chung. Các phép toán được thực

hiện trong một chu kỳ xung clock. Hoạt động của ALU được chia làm 3 loại: đại số, logic

và theo bit.

3.2.1.3. Thanh ghi trạng thái

Đây là thanh ghi trạng thái có 8 bit lưu trữ trạng thái của ALU sau các phép tính số học

và logic.

7

ATmega16 chứa bộ nhớ dữ liệu EEPROM dung lượng 512 byte, và được sắp xếp theo

từng byte, cho phép các thao tác đọc/ghi từng byte một.

3.2.3.1. Các cổng vào ra (I/O)

3.2.3.1. Thanh ghi DDRx

Đây là thanh ghi 8 bit (ta có thể đọc và ghi các bit ở thanh ghi này) và có tác dụng điều

khiển hướng cổng PORTx (tức là cổng ra hay cổng vào). Nếu như một bit trong thanh ghi

này được set thì bit tương ứng đó trên PORTx được định nghĩa như một cổng ra. Ngược lại

nếu như bit đó không được set thì bit tương ứng trên PORTx được định nghĩa là cổng vào.

3.2.3.2.Thanh ghi PORTx

Đây cũng là thanh ghi 8 bit (các bit có thể đọc và ghi được) nó là thanh ghi dữ liệu của

cổng Px và trong trường hợp nếu cổng được định nghĩa là cổng ra thì khi ta ghi một bit lên

thanh ghi này thì chân tương ứng trên port đó cũng có cùng mức logic.

3.2.4.4. Mô tả các thanh ghi

3.2.5.1. Truyền nhận nối tiếp USART

Bộ truyền nhận nối tiếp đồng bộ và bất đồng bộ là một thiết truyền thông nối tiếp

3.2.5.1. Tạo xung clock

Bộ tạo xung clock tạo ra xung đồng hồ căn bản cho bộ truyền và bộ nhận. USART

hỗ trợ 4 chế độ hoạt động xung clock: bất đồng bộ, bất đồng bộ tốc độ cao, truyền đồng bộ

master và truyền đồng bộ slave. Sơ đồ khối của bộ tạo xung clock như sau:

3.3. Xây dựng thuật toán xử lý và nguyên lý truyền thông.

3.3.1. Thuật toán xử lý:

8

Hình 3.19: Lưu đồ thuật toán.

3.3.2. Nguyên lý truyền thông nối tiếp

Kết nối Module SIM900Z và Module điều khiển bằng truyền thông nối tiếp

3.4. Thiết kế mạch mạch nguyên lý của module điều khiển từ xa.

3.4.1: Sơ đồ nguyên lý MODUL SIM900Z

9

Hình 3.22: Module SIM900Z

3.4.2: Sơ đồ nguyên lý MODUL điều khiển.

10

Hình 3.23: Module điều khiển

Module điều khiển sử dụng vi điều khiển Atmega16 của hãng Atmel. Với khả năng

chống nhiễu cao và hoạt động ổn định, việc lựa chọn và sử dụng vi điều khiển này là rất

hợp lý.

3.4.3. Mô tả hoạt động của hệ thống

Khi người quản lý (SĐT máy chủ) gửi đi một tin nhắn tới số điện thoại của Module

SIM900Z,Ví dụ:

11

Gửi tin: 1234 _xxxx tới số 01213166486 ‘Số của mô hình’

1234: mật khẩu.

_ : Khoảng trống, dấu cách.

xxxx : Lệnh set tình trạng của 4 thiết bị (mô phỏng bằng 4 led).

01213166486: số điện thoại được gắn trên Module SIM900Z.

Sau khi Module SIM900Z nhận được tin nó xẽ truyền sang Module điều khiển một chuỗi

có cấu trúc như sau:

+CMT: "+84913585338 ","","10/05/17,11:09:49+28"

1234 _xxxx

+84913585338: Số điện thoại người quản lý (0913585338) +84: Mã vùng quốc tế.

Khi có sự thay đổi trực tiếp bằng bàn phím, hoặc có tín hiệu cảnh báo thì hệ thống sẽ đưa

ra các thông báo cụ thể sự thay đổi đó tới người quản lý thiết bị.

3.4.4: Một số hình ảnh thực tế về mô hình.

Hình 3.24: Thiết kế mạch in lắp modul SIM

12

Hình 3.25: Thiết kế mạch in lắp modul điều khiển.

Hình 3.24: Hình ảnh mô phỏng mạch thử nghiệm

13

Hình 3.26: Hình ảnh thực tế Modul.

3.5. Xây dựng hệ thống các ứng dụng điều khiển và các ứng dụng dịch vụ y tế.

Đề tài với mục đích nghiên cứu, tìm hiểu, đưa ra giải pháp thực hiện cung cấp các ứng

dụng dựa trên nền tảng là các dịch vụ của hệ thống viễn thông di động.Trên cơ sở tìm hiểu

phân tích lý thuyết, các ứng dụng trên thực tiễn mà các nhà khai thác mạng đã đưa ra. Đồ

án cũng đã thực hiện được 1 số chức năng như :

+ Ứng dụng làm bộ điều khiển các thiết bị từ xa rất tiện lợi hoặc dùng để truyền thông

tin tới bảng led điện tử thông qua tin nhắn.

+ Ứng dụng của hệ thống được mở rộng và hoàn thiện, có thể điều khiển bằng tin nhắn

đến 4 thiết bị cùng 1 lúc hoặc đơn lẻ từng thiết bị.

+ Ứng dụng của hệ thống được thực hiện thông báo về nhiệt độ mà hệ thống thu được và

Nếu nhiệt độ đo được vượt quá 30 độ C là thực hiện gửi thông báo về cho người quản lý.

+ Ứng dụng của hệ thống đang được mở rộng và hoàn thiện, có thể gửi thông tin tình

trạng của đầu vào như huyết áp cao , huyết áp thấp bằng nút nhấn mô phỏng tình trạng của

huyết áp bằng tin nhắn đến máy điện thoại của người quản lý.

14

3.6. Hướng phát triển đề tài Thông qua quá trình làm luận văn , trong thời gian tới người thực hiện sẽ tiếp tục nghiên

cứu một số ứng dụng thiết thực và có nhều tính năng ưu việt hơn.

+ Hệ thống đang được nghiên cứu mở rộng ứng dụng để có thể điều khiển thiết bị qua

cuộc gọi thoại,

+ Hệ thống đang được nghiên cứu mở rộng ứng dụng để có thể điều khiển thiết bị qua

giao tiếp internet.

+ Hệ thống đang được nghiên cứu mở rộng ứng dụng làm bộ tự động nhắn tin và gọi

điện quảng bá chăm sóc khách hàng.

KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ

Sau gần 4 tháng thực hiện, đề tài “Đo đạc và điều khiển từ xa dựa trên dịch vụ di động”đã hoàn thành . là một luận văn nghiên cứu chế tạo hệ thống điều khiển rất tiện lợi và chính xác với chức năng điều khiển bằng tin nhắn và gửi tin nhắn phản hồi bằng tin nhắn, sẽ báo chính xác trạng thái thiết bị và tình hình xảy ra sự cố cho người quản lý, giúp cho việc điều khiển và giám sát tin cậy và an tâm hơn. Hệ thống này có thể đặt ở nhà riêng, xí nghiệp, cơ quan, cơ quan, nhà xưởng, văn phòng, khách sạn, bệnh viện..

Hệ thống là sự kết hợp giữa các Module để thành một hệ thống hoàn hảo. Các hướng dẫn cài đặt và kết nối được trình bày rõ trong đề tài, giúp người đọc hiểu tổng quan và biết cách sử dụng hệ thống này.

Ngoài ra, luận văn là một tài liệu tham khảo hữu ích cho các cán bộ kỹ thuật làm công tác đo đạc.

Thông qua quá trình làm luận văn, trong thời gian tới, người thực hiện sẽ tiếp tục nghiên cứu trên một số khía cạnh như sau :

- Nghiên cứu viết các phần mềm giao tiếp về đo đạc với các thiết bị y tế. - Tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện nội dung quy trình tối ưu các thông số đo đạc cho

phù hợp với điều kiện thực tế để phục tốt hơn trong ngành y tế.