Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại”
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Thái Nguyên, Ngày tháng năm 2012
Giáo viên hướng dẫn
( ký ghi rõ họ tên)
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHẤM Thái Nguyên, Ngày tháng năm 2012
Giáo viên chấm
( ký ghi rõ họ tên)
GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 1
Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện
thoại”
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, việc ứng dụng cho các hệ thống nhúng ngày càng trở nên phổ biến: từ
những ứng dụng đơn giản như điều khiển một chốt đèn giao thông định thời, đếm sản
phẩm trong một dây chuyền sản xuất, điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều, thiết
kế một biển quảng cáo dùng Led ma trận, một đồng hồ thời gian thực….đến các ứng
dụng phức tạp như hệ thống điều khiển robot, bộ kiểm soát trong nhà máy hoặc hệ
thống kiểm soát các máy năng lượng hạt nhân. Các hệ thống tự động trước đây sử
dụng nhiều công nghệ khác nhau như các hệ thống tự động hoạt động bằng nguyên lý
khí nén, thủy lực, rơle cơ điện, mạch điện tử số, các thiết bị máy móc tự động bằng

thoại”
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH
GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 5
Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện
thoại”
CHƯƠNG I : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG
1. GIỚI THIỆU TÀI
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật , công nghệ kỹ
thuật điện tử mà trong đó đặc biệt là ngành điều khiển tự động đóng vai trò quan trong
mọi lĩnh vực của khoa học kỹ thuật, quản lý công nghiệp, cung cấp thông tin…. Như
chúng ta đã biết gần như các thiết bị tự động của 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 sư dụng
khác nhau tùy thuộc vào sự thiết lập, cài đặt của người dùng. Chúng chưa có sự liên
kết nào với nhau về mặt dữ liệu. Nhưng đối với hệ thống điều khiển thiết bị thông qua
điện thoại thì khác, các thiết bị được kết nối với nhau để tạo thành một hệ thống các
thiết bị hoàn chỉnh qua một thiết bị trung tâm và có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ
liệu.
Hệ thống điều khiển thiết bị từ xa thông qua điện thoại có thể diều khiển được
những thiết bị từ đơn giản đến phức tạp hơn như bóng đèn, quạt điện, máy điều hòa
hay tivi, hệ thống báo động…. Nghĩa là tất cả các thiết bị này được điều khiển cùng
trong một bộ điều khiển trung tâm. Bộ điều khiển trung tam này có thể là một máy tính
hoàn chỉnh hay một bộ xử lý đã được lập trình sẵn tất cả các chương trình điều khiển.
Thông thường, các thiết bị gia đình trong nhà như quạt điện, tủ lạnh, tivi…có thể được
điều khiển bật tắt thông qua một cuộc gọi thoại hay chỉ một tin nhắn SMS. Ngoài ra,
hệ thống còn mang tính bảo mật, nghĩa là chỉ những ai biết được mật khẩu xâm nhập
vào hệ thống mới có thể điều khiển được các thiết bị trong nhà [1].
2. CÁC YÊU CẦU VÀ RÀNG BUỘC ĐỐI VỚI HỆ THỐNG
2.1 Các yêu cầu đối vối hệ thống
- Hệ thống được sử dụng để điều khiển bật/tắt các thiết bị gia đình.
- Hệ thống có khả năng điều khiển nhiều thiết bị.

trong quá trình học tập cùng với sự trợ giúp của máy tính và những thông tin trên
mạng Internet. Ngoài ra, còn có những thiết bị trợ giúp trong quá trình thiết kế mạch
do nhóm em tự trang bị.
GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 7
Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại”
3. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
Để điều khiển thiết bị chúng ta có thể lựa chọn một trong hai phương pháp thu nhận
tín hiệu điều khiển đó là:
- Sử dụng modul GSM/GPRS.
- Sử dụng điện thoại ( MOBILE).
Phương án 1 : Dùng bộ MODULE GSM/GPRS M590 để kết nối với vi điều khiển
PIC16F877A : 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. Ngoài ra còn có thể phát triển ứng dụng
sâu thêm với GPRS, GPS.
Phương án 2: Dùng điện thoại di động (Ericssion T28, T39 …) có chức năng giống
với MODULE GSM/GPRS M590 để kết nối với PIC16F877A. Việc lập trình cho điện
thoại di động cũng gần tương tự như GSM MODULE nhưng có hạn chế hơn vì một
số loại điện thoại chỉ hỗ trợ lệnh AT ở dạng Mode PDU nên lập trình rất phức tạp.
Ngoài ra phần kết nối giữa điện thoại di động với khối vi điều khiển cũng rất phức tạp.
Phương án lựa chọn : chọn phương án 1 vì MODULE GSM/GPRS M590 hỗ trợ lập
trình lệnh AT ở cả 2 chế độ Mode Text và Mode PDU nên việc lập trình đơn giản hơn
nhiều so với điện thoại di động. Mặc dù giá thành khá đắt nhưng vì nó hỗ trợ chế độ
Mode Text nên việc lập trình đơn giản hơn nhiều so với dùng điện thoại di động vì vậy
nhóm em quyết định dùng Module GSM/GPRS M590. Ngoài ra còn có thể phát triển
các ứng dụng khác sử dụng GPRS, GPS.
.
GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 8
Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại”
GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 9
Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện


S
M
S
MODULE
GSM/GPR
S M590
VI
ĐIỀU
KHIỂN
PIC16F877A
KHỐI ĐIỀU
KHIỂN
THIẾT BỊ
KHỐI
NGUỒN
MOBILE
EE
THIẾT BỊ
Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại”
Khi người sử dụng nhắn một tin SMS có nội dung là một lệnh yêu cầu điều khiển
thiết bị. Ví dụ : DV:ADA:ON, DV:ADA:OFF, PT:ADA:ON, … thì Module
GSM/GPRS M590 sẽ nhận tin nhắn và được xử lí bởi câu lệnh điều khiển được lập
trình và được nạp vào vi điều khiển PIC16F877A.
 Khối xử lý phần cứng
Khối xử lí phần cứng là khối trung tâm trong việc xử lí và điều khiển phần cứng.
Khối do một vi điều khiển PIC16F877A đảm nhận và có nhiệm vụ gửi nhận dữ liệu với
Module GSM/GPRS M590 một cách liên tục. Khi Module GSM/GPRS M590 gửi
thông tin điều khiển thì Khối xử lí phần cứng sẽ được lập trình để thực thi. Vi điều
khiển có nhiệm vụ giao tiếp với khối công suất.

như :truy nhập mạng, định vị từ xa, tập hợp dữ liệu vô tuyến từ bộ cảm biến, quan sát
từ xa, điều khiển và báo hiệu…
Modem RS232 M590 sử dụng tập lệnh điều khiển AT GSM 07.07 và được trang bị
với các Led chỉ thị để kiểm tra trạng thái kết nối [2].
2.1.1.2. Các chi tiết kỹ thuật
Bảng thông số kỹ thuật của Modul M590 :
Đặc điểm Miêu tả
Kích thước 28x24x11 ( dãi x rộng x cao )
Khối lượng 7g
Tần suất EGSM900/GSM1800 băng kép
Độ nhạy tương đối -106dBm
Cường độ truyền
tối đa
EGSM900 nhóm 4 (2W)
DCS1800 nhóm 1 ( 1W)
Dòng điện Tối đa 2A
Dòng điện hoạt
động
210mA
Dòng chuẩn 2.5mA
Nhiệt độ hoạt động -40C ÷ +80C
Điện áp hoạt động 3.3V ÷4.8 VDC
Giao thức Tương thích với GSM/GPRS pha 2/2+
AT GSM 07.07
Tập AT mở rộng
Connector GSM RF connector
GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 13
Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại”
TEXT/ PDU
Điểm –điểm, quảng bá cell

8 NC
9 NC
2.1.1.4. Trạng thái của Led
LED Trạng thái Mô tả
ĐỎ
Không sáng Chưa có nguồn cấp, hoặc nguồn có
vấn đề.
Led sáng Đã nhận được nguồn cấp
XANH 1s/ lần Tình trạng kết nối mạng tốt
Led không sáng Chưa kết nối được mạng
2.1.1.5 Hình ảnh đầy đủ của modul và antenna
GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 15
Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại”
Hình 2.6 Hình ảnh đầy đủ về modul GSM/GPRS M590
2.1.2 Tập lệnh AT command
2.1.2.1 Giới thiệu tập lệnh AT
Các lệnh AT là các hướng dẫn được sử dụng để điều khiển một modem. AT là một
cách viết gọn của chữ Attention. Mỗi dòng lệnh của nó bắt đầu với “AT” hay “at”. Đó
là lí do tại sao các lệnh Modem được gọi là các lệnh AT. Nhiều lệnh của nó được sử
dụng để điều khiển các modem quay số sử dụng dây mối (wired dial-up modems),
chẳng hạn như ATD (Dial), ATA (Answer), ATH (Hool control) và ATO (return to
online data state), cũng được hỗ trợ bởi các modem GSM/GPRS và các điện thoại di
động .
Bên cạch bộ lệnh AT thông dụng này, các modem GSM/GPRS và các điện thoại di
động còn được hỗ trợ bởi một bộ lệnh AT đặc biệt đối với công nghệ GSM. Nó bao
gồm các lệnh liên quan tới SMS như AT+ CMGS (gửi tin nhắn SMS), AT+CMSS
(gửi tin nhắn SMS từ một vùng lư trữ), AT+CMGL (chuỗi liệt kê các tin nhắn SMS)
và AT+CMGR (đọc tin nhắn SMS) [1].
Ngoài ra, các modem GSM còn hỗ trợ một bộ lệnh AT mở rộng. Những lệnh AT
mở rộng này được định nghĩa trong các chuẩn của GSM. Với các lệnh AT mở rộng

+CMS ERROR <err>
− Lệnh ATE[<value>]
Nếu lệnh thực hiện đựợc thì trả về:
GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 17
Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại”
Ok
<value> 0 Tắt chế độ Echo
1 Bật chế độ Echo
Nếu lệnh không thực hiện được thì trả về dạng:
+ CMS ERROR <err>
b. Các lệnh xử lý cuộc gọi:
− Lệnh quay số:
ATD<cr>
Ví dụ: muốn quay số tới số điện thoại 01266609025 thi ta gõ lệnh
ATD01266609025;<cr>
<cr>: Enter
− Lệnh nhấc máy:
ATA<cr>
Ví dụ: khi có số điện thoai nào đó gọi đến số điện thoại được gắn trên modem
Sim300Cz, ta muốn nhất máy để kết nối thì gõ lệnh
ATA <cr>
− Lệnh bỏ cuộc gọi:
ATH<cr>
Ví dụ: khi có số điện thoai nào đó gọi đến số điện thoại được gắn trên modem
Sim300Cz, ta không muốn nhấc máy mà từ chối cuộc gọi thì gõ lệnh
ATH<cr>
c. Các lệnh về SMS
− Lệnh Xóa tin nhắn
AT+CMGD
Ví dụ: muốn xóa một tin nhắn nào đó được lưu trên sim thì ta thực hiện lệnh sau.

Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại”
+ CMGR: <stat>,[<alpha>],<length><CR><LF><pdu>
Nếu lệnh bị lỗi thì trả về dưới dạng:
+CMS ERROR: <err>
− Lệnh gửi tin nhắn SMS:
AT+CMGS
Nếu gửi tin nhắn dưới dạng text:
(+CMGF=1):
+ CMGS=<da>[,<toda>]<CR> text is entered <ctrl-Z/ESC>
Nếu gửi tin nhắn dạng PDU:
(+CMGF=0):
+ CMGS=<length><CR> PDU is given <ctrl-Z/ESC>
Lệnh được thực hiện thành công thi dữ liệu trả về:
Dạng text : +CMGS: <mr>
OK
Dạng PDU : +CMGS: <mr>
OK
Lệnh bị lổi : +CMS ERROR: <err>
− Lệnh viết tin nhắn rồi lưu vào ngăn nhớ:
AT+CMGW
Nếu viết tin nhắn dưới dạng text :
AT+CMGW=[<oa/da>[,<tooa/toda>[,<stat>]]]<CR>text is entered <ctrl-Z/ESC>
<ESC>
Lệnh được thực hiện đúng thì dữ liệu trả về dạng:
+ CMGW: <index>
OK
Lệnh sai:
+ CMS ERROR: <err>
Nếu viết tin nhắn dưới dạng PDU:
GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 20

Hình 2.8 Sơ đồ chân của vi điều khiển PIC16F877A
2.2.2 Sơ đồ khối của vi điều khiển PIC16F877A
Sơ đồ khối của PIC16F877A như hình dưới [4]:
GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 22
Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại”
Hình 2.9 Sơ đồ khối của PIC16F877A
2.2.3 Một số thông số về vi điều khiển PIC16F877A
Đây là vi điều khiển thuộc họ họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14
bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kỳ xung clock. Tốc độ hoạt động tối đa
cho phép là 20MHz với chu kỳ lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương trình là 8K x 14 bit, bộ
nhớ dữ liệu là 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 [3].
Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:
Timer0 : Bộ đếm 8 bit với bộ chia tần 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 rộng xung.
Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP ( synchronous Serial Port ), SPI và I2C.
GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 23
Đồ án hệ thống nhúng “Thiết kế mạch điều khiển thiết bị thông qua điện thoại”
Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ gồm hai phương thức giao tiếp là
chuẩn USART đồng bộ và chuẩn USART bất đồng bộ.
Cổng giao tiếp song song PSP ( Parallel Slave Port )với các chân điều khiển
RD,WR, CS ở bên ngoài.
Các đặc tính Analog :
- 8 kênh chuyển đổi ADC 10bit.
- 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.

đk
là công suất điều khiển định mức của rơle, chính là công suất định mức
của cơ cấu chấp hành.
+ P
tđ
là công suất tác động, chính là công suất cần thiết cung cấp cho đầu vào để
rơle tác động.
Với rơle điện từ P
đk
là công suất tiếp điểm (nghĩa là công suất tiếp điểm cho phép
truyền qua). Ptđ là công suất cuộn dây nam châm hút.
Các loại rơle khác nhau thì Knh và Kđk cũng khác nhau.
b. Thời gian tác động
Là thời gian kể từ thời điểm cung cấp tín hiệu cho đầu vào, đến lúc cơ cấu chấp
hành làm việc. Với rơle điện từ là quãng thời gian cuộn dây được cung cấp dòng (hay
áp) cho đến lúc hệ thống tiếp điểm đóng hoàn toàn (với tiếp điểm thường mở) và mở
hoàn toàn (với tiếp điểm thường đóng).
Các loại rơle khác nhau ttđ cũng khác nhau.
+ ttđ < 1.10-3[s] : rơle không quán tính.
+ ttđ = (1 . 50).10-3 [s]: rơle tác động nhanh.
+ ttđ > 150.10-3[s]: rơle thời gian
2.3.2 Opto Isolator
Opto hay còn gọi là cách ly quang là linh kiện tích hợp có cấu tạo gồm 1 led và 1
photo diot hay 1 photo transitor. Được sử dụng để các ly giữa các khối chênh lệch
nhau về điện hay công suất như khối có công suất nhỏ với khối điện áp lớn.
Sơ đồ mạch nguyên lý cho opto:
GVHD: Ths. Nguyễn Tuấn Linh 25