Đà Nẵng - 2009
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA SƯ PHẠM KỸ THUẬT
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tªn ®Ò tµi:
NGHIÊN CỨU - THIẾT KẾ - LẮP RÁP
MẠCH BÁO TRỘM VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ
XA QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI – MẠNG INTERNET
VÀ GIAO TIẾP MÁY VI TÍNH
Giáo viên hướng dẫn : Th.S Lâm Tăng Đức
Sinh viên thực hiện : Hồ Thanh Hà
Mã số sinh viên : 05SK1ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
KHOA SƯ PHẠM KỸ THUẬT
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Uyên Thảo
Lớp : 05SK2
Khóa : 2005-2010
1. TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU -THIẾT KẾ - LẮP RÁP
HỆ THỐNG BÁO TRỘM VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN
QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI - MẠNG INTERNET
+,&-.
1.3. Phương án thiết kế
+/0123456.#$%#7"
-.
+/0123456.#$%#7"
89:#7"
++/;<!'#12
1.4. Sơ đồ khối của mạch
=>2%,!? !
=@),
1.5. Giải thích mối quan hệ giữa các khối
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA TỔNG ĐÀI VÀ THUÊ
BAO A
2.1. Giới thiệu chương
2.2. Giới thiệu phương thức làm việc của tổng đài
B!.!!C,!2$!?
D,E7#FGH
2.3. Phương thức làm việc giữa tổng đài và thuê bao
+012I!J!FGH
+KL
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH
3.1. Vi điều khiển 89C51
+M6(>9/N
+>2J1O!!!!E!?PQ9N
++R$C!!,HPQ!NSG!I!6
+=D !?T7U
+ND !?VW8@XYZZ[0X\
3.2. Giới thiệu IC thu DTMF – MT8870
+>2%!E+>2J1O!!!!E!?PQ9N
CHƯƠNG 5: GIAO TIẾP MÁY TÍNH VỚI VI ĐIỀU KHIỂN 89C51
5.1. Ghép nối qua cổng nối \ếp
NM6!
N(C,-H!b
N+b,H-.09
N=X,!-
5.2. Giao \ếp máy enh với Visual Basic
CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ PHẦN MỀM
6.1. Giới thiệu chung
6.2. Lưu đồ thuật toán
`;1%!12T!*
`;1%!12T!48Y[cRD8Y@
`+;1%!12T!@Dd@cXDc4X(e
`=;1%!12T!XDf8cM8d@c9Df/@Dd@
`N;1%!12T-^FJJH-.
``;1%!12T!V!"
`a;1%!12T!Vg^FJ-.
`P;1%!12T!h[@M>fA:>f:>f:>f+:>f=:>fN:>f`:
>fa:>fP:>fQ
a`
CHƯƠNG 7: PHỤ LỤC aP
7.1 Mô hình nhà
7.2 Mô hình mạch
7.3 Chương trình giao \ếp với máy enh VB6.0
a+e
a+e
a++e+
7.4 Chương trình vi điều khiển AT89C51
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Đối với hệ thống điều khiển xa bằng mạng không dây thì giới hạn về
khoảng cách là yếu điểm của kỹ thuật này, ngược lại với mạng điện thoại đã
được mở rộng với quy mô toàn thế giới thì giới hạn xa không phụ thuộc vào
khoảng cách đã mở ra một lối thoát mới trong lĩnh vực tự động điều khiển.
Hiện nay, do nhu cầu trao đổi thông tin của người dân ngày càng tăng
đồng thời việc gắn các thiết bị điện thoại ngày càng phổ biến rộng rãi, do đó việc
sử dụng mạng điện thoại để truyền tín hiệu điều khiển là phương thức thuận tiện
nhất, tiết kiệm nhiều thời gian cho công việc, vừa đảm bảo các tính năng an toàn
cho các thiết bị điện gia dụng vừa tiết kiệm được chi phí sử dụng và đảm bảo an
toàn cho tính mạng và tài sản của mỗi người dân.
“Mạch điều khiển thiết bị điện từ xa thông qua mạng điện thoại” giúp
ta điều khiển các thiết bị điện gia dụng khi không có ai ở nhà hoặc ở những môi
trường nguy hiểm mà con người không thể làm việc được hoặc một dây chuyền
sản xuất để thay thế con người. Chẳng hạn, muốn điều khiển các thiết bị điện
trong nhà khi vắng người, ta quay số điện thoại về nhà và gởi mã lệnh đóng hay
ngắt thiết bị thì mạch sẽ thực hiện. Khi mạch thực hiện xong lệnh của ta thì mạch
sẽ gởi tín hiệu phản hồi cho ta biết mạch đã thực hiện xong lệnh hay chưa.
“Mạch báo động từ xa qua mạng điện thoại và mạng internet” là một
ứng dụng vô cùng hữu ích. Nó thể hiện sự hiện đại trong việc ứng dụng trong
lĩnh vực thông tin. Chúng ta có thể biết tình trạng nguy hiểm như có trộm qua
mạng điện thoại và gửi email đến địa chỉ mail đã lập trình.
1.2. TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI:
1.2.1 Điều khiển thiết bị điện từ xa và báo trộm thông qua mạng điện
thoại có phản hồi bằng giọng nói.
1.2.1.1 Mục đích báo trộm qua mạng điện thoại:
Khi phát hiện trộm, mạch sẽ tự động gọi đến 3 số thuê bao. Nếu thuê bao
nhấc máy, mạch sẽ phát thông báo: "Có trộm, về ngay". Sau khoảng thời gian
được lập trình sẵn, mạch sẽ gọi đến thuê bao tiếp theo.
1.2.1.2 Mục đích báo trộm qua mạng Internet:
Khi phát hiện trộm, đồng thời với việc mạch tự động gọi điện thông báo,
1.2.3 Điều khiển hệ thống bằng máy tính:
Hệ thống này còn có thể được điều khiển bằng máy tính qua cổng COM
bằng giao thức RS232. Máy tính thông qua cổng COM sẽ làm 2 nhiệm vụ: thứ
nhất sẽ truyền dữ liệu để điều khiển các thiết bị đèn khi người điều khiển nhấn
vào các Button trên màn hình điều khiển (lúc đó Assembly sẽ nhận dữ liệu được
máy tính truyền xuống) ; thứ hai sẽ nhận các dữ liệu từ mạch truyền lên để nhận
biết trạng thái các thiết bị đèn là mở hay tắt (lúc đó Assembly sẽ truyền dữ liệu
lên máy tính). Như vậy, thông qua máy tính vừa điều khiển các thiết bị, vừa nhận
biết được tình trạng các thiết bị. Đồng thời nhận biết được tình trạng có trộm hay
không, nếu có trộm sẽ tự động gửi email đến địa chỉ gmail đã được lập trình sẵn.
1.3. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ:
1.3.1 - Phương án 1: Dùng vi điều khiển với tín hiệu phản hồi và
phát đi tiếng nói từ máy tính:
Trong phương án này không sử dụng đến các bộ biến đổi A/D, D/A và
không cần mạch giao tiếp với RAM và ROM ngoài (vì bộ xử lý ở đây sử dụng họ
vi điều khiển), nên với phương pháp này thì mạch sẽ gọn hơn, dung lượng nhớ
của âm thanh không bị giới hạn, và ta có thể thay đổi âm thanh dễ dàng bằng
máy tính. Với việc thiết kế mạch này thì các câu thông báo dễ dàng thay đổi,
mạch thi công ít khối, đỡ cồng kềnh.
Tuy nhiên, phương án này có nhược điểm là mạch chỉ hoạt động đúng yêu
cầu khi máy tính hoạt động. Nếu có trộm xảy ra vào ban đêm thì mạch điều khiển
không phát tiếng nói theo đúng yêu cầu.
1.3.2 - Phương án 2: Dùng vi điều khiển với tín hiệu phản hồi và phát
đi tiếng nói từ IC thu, phát tiếng nói:
Trong phương án này người điều khiển có thể điều khiển tại chỗ các thiết
bị bằng công tắc riêng ở bên ngoài mà không cần thông qua điện thoại.
Trong phương án này dùng tiếng nói để phản hồi về người điều khiển. Sự
phản hồi và phát đi bằng tiếng nói này do khối trung tâm ra lệnh. Nội dung của
tín hiệu phản hồi và phát đi được lưu trữ bên trong IC chuyên dùng thu, phát âm
thanh.
BÁO ĐỘNG
1.4. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH:
1.4.1. Sơ đồ khối của mạch:
1.4.2. Nhiệm vụ từng khối:
1.4.2.1 Khối cảm biến chuông:
Khối cảm biến chuông được mắc song song với hai đường dây Tip và
Ring của thuê bao. Khi tổng đài cấp tín hiệu chuông cho máy điện thoại thuê bao,
thì khối này có nhiệm vụ nhận biết tín hiệu chuông. Bình thường khi không có
tín hiệu chuông thì ngõ ra ở mức logic cao và khi có tín hiệu chuông thì ngõ ra có
mức logic thấp.
Các tín hiệu khác như: tín hiệu thoại, tín hiệu tone, tín hiệu báo bận, hồi
chuông không tác động đến khối này. Mặt khác, khối cảm biến chuông phải bảo
đảm sự cách ly về điện vì tín hiệu chuông có mức điện áp cao từ 75 Vrms -
90Vrms trong khi ngõ ra của khối phải phù hợp với mức logic 0 là 0V và mức
logic 1 là 5V .
1.4.2.2 Khối kết nối thuê bao:
Khi tổng đài cấp tín hiệu chuông cho thuê bao, thì khối cảm biến chuông
nhận biết được tín hiệu chuông và đưa đến khối xử lý trung tâm. Khối xử lý trung
tâm điều khiển khối kết nối thuê bao, lúc này khối kết nối thuê bao có vai trò là
đóng tải giả cho thuê bao, để tổng đài cho thông thoại 2 thuê bao với nhau. Khi
khối này tác động thì điện trở vòng của thuê bao giảm xuống thấp tạo nên động
tác như có người nhấc máy để tổng đài cho thông thoại với nhau. Đồng thời khối
này cũng phải bảo đảm được sự truyền tín hiệu thoại từ thuê bao gửi đi hoặc
nhận tín hiệu thoại từ phía thuê bao bên kia gửi đến.
1.4.2.3 Khối nhận và giải mã DTMF:
Khi tổng đài cho thông thoại giữa hai thuê bao, nếu trên đường dây thuê
bao có xuất hiện tín hiệu tone, thì khối này sẽ nhận được và giải mã chúng ra
thành 4 bit tương ứng. Tín hiệu tone có 2 dãy tần số : một dãy có tần số từ
697HZ đến 941 HZ, còn dãy kia có tần số từ 1209 HZ đến 1633 HZ. Cả 2 dãy
tần số này đều nằm trong dãy thông thoại. Khi một cặp tần số theo tiêu chuẩn
thì tổng đài cấp tín hiệu chuông cho thuê bao nếu thuê bao đó không bận. Mạch
điều khiển được mắc song song vào đường dây của thuê bao. Lúc này, khối cảm
biến chuông phát hiện tín hiệu này và ngõ ra thay đổi mức logic từ cao xuống
thấp. Sự thay đổi mức logic này tác động vào bộ đếm tín hiệu chuông. Sau khi
khối cảm biến tín hiệu chuông nhận đủ số lần chuông đã được lập trình sẽ tác
động vào khối kết nối thuê bao. Khối kết nối thuê bao sẽ đóng tải giả vào đường
dây điện thoại. Lúc này tổng đài ngưng cấp tín hiệu chuông và kết nối thông
thoại cho 2 thuê bao.
Khi đã thông thoại, người điều khiển nhấn đúng mã password thì hệ thống
sẽ sẵn sàng nhận lệnh điều khiển. Nếu nhấn sai mã password thì khối tạo âm hiệu
sẽ phát ra âm hiệu mã password bị sai. Sau khi người điều khiển bấm đúng mật
mã, người điều khiển sẽ bấm mã chọn thiết bị muốn điều khiển. Lúc này khối
nhận và giải mã DTMF sẽ giải mã số bấm thành mã nhị phân 4 bit gởi vào khối
xử lý trung tâm. Khối xử lý nhận mã thiết bị, đọc cơ sở dữ liệu của thiết bị đó và
điều khiển khối báo tiếng nói để báo trạng thái hiện thời của thiết bị nhằm mục
đích cho người điều khiển biết được trạng thái của thiết bị. Khi biết được trạng
thái của thiết bị người điều khiển sẽ nhấn lệnh tắt – mở từng thiết bị. Việc nhận
dạng phím nào bị nhấn được khối giải mã DTMF quyết định.
Khi người điều khiển nhấn 1 phím, một cặp tần số DTMF truyền trên
đường dây điện thoại. Tần số này nằm trên dãy thông của tín hiệu thoại, một tần
số cao và một tần số thấp nên không thể trùng lấp với tín hiệu người nói. Khi giải
mã DTMF và hiển thị số được nhấn, 4 bit được giải mã đưa vào khối xử lý trung
tâm để xử lí.
Người điều khiển có thể gác máy bất cứ lúc nào muốn ngừng điều khiển, mạch
sẽ tự động ngắt kết nối thuê bao sau một khoảng thời gian nhất định để giải tỏa thuê
bao.
Khối giao tiếp máy tính ngoài nhiệm vụ truyền dữ liệu xuống mạch (điều khiển
thiết bị ở máy tính) và nhận dữ liệu từ mạch lên máy tính thì nó còn sử dụng giao diện
giao tiếp máy tính để thực hiện công việc kết nối Internet là gửi email tự động.
CHƯƠNG 2
.
2.2.2. Hệ thống âm hiệu giao tiếp giữa tổng đài và thuê bao:
2.2.2.1. Tín hiệu mời quay số (dialtone): là tín hiệu sin tần số f =
425+25Hz, biên độ 2V trên nền DC phát liên tục.
Hình 2.1 - Tín hiệu mời quay số
A:NCA:NC
=CC
AK
2.2.2.2. Tín hiệu quay số (dialtone): là tín hiệu sin tần số f = 425+25Hz,
biên độ 2V trên nền DC phát ngắt quãng 0,5 giây có 0,5 giây không.
Hình 2.2 - Tín hiệu quay số
2.2.2.3. Tín hiệu hồi âm chuông (ring-back tone): là tín hiệu sin tần số
f=425+25Hz, biên độ 2V trên nền DC 10V, phát ngắt quãng 2 giây có 4 giây
không.
Hình 2.3 - Tín hiệu hồi âm chuông
2.2.2.4. Tín hiệu chuông:
Phương thức quay số DTMF và PULSE:
Khi có một phím được nhấn thì trên đường dây sẽ xuất hiện hai tần số
khác nhau thuộc nhóm tần số thấp và tần số cao.
Phương pháp tần ghép này chống nhiễu tốt hơn, ngoài ra dùng dạng tone
DTMF sẽ tăng được tốc độ cao gấp 10 lần so với việc quay số bằng PULSE.
=P
A
Phương pháp quay số PULSE: Tín hiệu quay số là chuỗi xung vuông,
tần số chuỗi dự án = 10Hz, số điện thoại bằng số xung ra, riêng số 0 sẽ là 10
xung, biên độ ở mức cao là 48V, ở mức thấp là 10V, dạng sóng được cho ở hình
dưới:
Hình 2.4 - Phương pháp quay số PULSE
Tổng đài nhận được các số liệu sẽ xem xét:
Nếu các đường dây nối thông thoại đều bị bận thì tổng đài sẽ cấp tín hiệu
báo bận.
Nếu đường dây nối thông thoại không bận thì thì tổng đài sẽ cấp cho
người bị gọi tín hiệu chuông và người gọi tín hiệu hồi chuông. Khi người được
gọi nhấc máy, tổng đài nhận biết trạng thái này, thì tổng đài ngưng cấp tín hiệu
chuông để không làm hư mạch thoại và thực hiện việc thông thoại. Tín hiệu trên
đường dây đến máy điện thoại tương ứng với tín hiệu thoại cộng với giá trị
khoảng 300mV đỉnh – đỉnh. Tín hiệu ra khỏi máy điện thoại chịu sự suy hao trên
đường dây với mất mát công suất trong khoảng 10dB đến 25dB. Giả sử suy hao
là 20dB, suy ra tín hiệu ra khỏi máy điện thoại có giá trị khoảng 3V đỉnh – đỉnh.
Ngưng thoại:
Khi một trong hai thuê bao gác máy, thì tổng đài nhận biết trạng thái này,
cắt thông thoại cho cả 2 máy đồng thời cấp tín hiệu báo bận cho máy còn lại.
Tín hiệu thoại:
Tín hiệu thoại trên đường dây là tín hiệu điện mang các thông tin có
nguồn gốc từ âm thanh trong quá trình trao đổi giữa 2 thuê bao. Trong đó, âm
thanh được tạo ra bởi các dao động cơ học, nó truyền trong môi trường dẫn âm.
Khi truyền đi trong mạng điện thoại là tín hiệu thường bị méo dạng do
những lý do: nhiễu, suy hao tín hiệu trên đường dây do bức xạ sóng trên đường
dây với các tần số khác nhau. Để đảm bảo tín hiệu thoại nghe rõ và trung thực,
ngày nay trên mạng điện thoại người ta sử dụng tín hiệu thoại có tần số từ 300
Hz ÷ 3400 Hz.
2.3. PHƯƠNG THỨC LÀM VIỆC GIỮA TỔNG ĐÀI VÀ THUÊ
BAO:
2.3.1. Phương thức làm việc giữa tổng đài và các thuê bao:
Tổng đài nhận dạng thuê bao gọi nhấc máy thông qua sự thay đổi tổng trở
mạch vòng của đường dây thuê bao. Bình thường khi thuê bao ở vị trí gác máy
điện trở mạch vòng là rất lớn. Khi thuê bao nhấc máy, điện trở mạch vòng thuê
bao giảm xuống còn khoảng từ 150Ω đến 1500Ω. Tổng đài có thể nhận biết sự
tiến hành nối thông thoại cho 2 thuê bao.
Tổng đài giải tỏa một số thiết bị không cần thiết để tiếp tục phục vụ cho
các cuộc đàm thoại khác.
Khi hai thuê bao đang đàm thoại mà một thuê bao gác máy, tổng đài nhận
biết trạng thái gác máy này, cắt thông thoại cho cả hai bên, cấp tín hiệu bận
(Busy Tone) cho thuê bao còn lại, giải toả link để phục vụ cho các đàm thoại
khác. Khi thuê bao còn lại gác máy, tổng đài xác nhận trạng thái gác máy, cắt âm
hiệu báo bận, kết thúc chương trình phục vụ thuê bao.
Tất cả hoạt động nói trên của tổng đài điện tử đều được thực hiện một
cách hoàn toàn tự động nhờ vào các mạch điều khiển bằng điện tử, điện thoại
viên có thể theo dõi trực tiếp toàn bộ hoạt động của tổng đài ở mọi thời điểm nhờ
vào các bộ hiển thị, cảnh báo.
2.3.2. Vòng nội bộ:
Hình 2.5 - Đường Tip và Ring của vòng nội bộ
Vòng nội bộ của thuê bao là một đường hai dây cân bằng nối với đài cuối.
Trở kháng đặc tính khoảng 500 Ω đến 1000 Ω (thường là 600 Ω).
Một nguồn chung của đài cuối cung cấp nguồn 48V
DC
cho mỗi vòng thuê
bao. Hai dây dẫn được nối với Tip và Ring, thuật ngữ dùng để mô tả jack điện
thoại. Đường Ring có điện thế -48V đối với Tip. Tip được nối đất (chỉ nối với
DC) ở đầu cuối.
Khi thuê bao nhấc máy (off hook) làm đóng tiếp điểm chuyển mạch tạo
nên một dòng điện xấp xỉ 20mA
DC
chạy trong vòng thuê bao. Ở chế độ off hook,
điện thế rơi trên đường Tip và Ring khoảng từ 4V đến 9V ở thiết bị đầu cuối của
thuê bao điện thoại. Tín hiệu thoại âm tần được truyền trên mỗi hướng của
đường dây khi có sự thay đổi nhỏ của dòng điện vòng. Sự thay đổi của dòng điện
gồm tín hiệu AC chồng chập với dòng điện vòng DC.
các đường điều khiển hoặc là thành phần của bus dữ liệu.
a/. Chức năng các chân của 89C51:
Port 0:
Port 0 là port có hai chức năng ở các chân từ 32 ÷ 39 của 89C51. Trong
các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường
vào ra.
Port 1:
Port 1 là port I/O ở các chân từ 1 ÷ 8. Các chân được ký hiệu là P0.0,
P0.1, P0.2, … P1.7, có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài nếu cần.
Port 1 không có chức năng khác vì vậy nó chỉ dùng cho giao tiếp với các thiết bị
bên ngoài (chẳng hạn ROM, RAM, 8255, 8279, …).
Port 2:
Port2 là một port có tác dụng kép ở các chân từ 21 ÷ 28 được dùng như
các đường xuất nhập hoặc là các byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế cỡ
lớn.
Port3:
Port3 là một port có tác dụng kép từ chân 10 ÷ 17. Các chân của port này
có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với đặc tính đặc biệt
của 8951 như bảng sau:
Bảng 3.1: Chức năng của các chân Port 3
- Ngõ tín hiệu PSEN\ (Progam store enable):
PSEN\ là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ
chương trình mở rộng và thường được nối với chân OE\ (output enable) của
EPROM cho phép đọc các byte mã lệnh.
PSEN ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh. Các mã nhị phân của chương
trình được đọc từ EPROM qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi bên trong
89C51 để giải mã lệnh. Khi thi hành chương trình trong ROM nội (89C51) thì
Copyright: Tài liệu đại học ©