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 : 05SK1
Đà Nẵng - 2009
Từ ngàn xưa ông cha ta đã dạy chúng ta những câu nói
bất hủ mà chúng ta không bao giờ quên được: "Uống nước
nhớ nguồn - Ăn quả nhớ kẻ trồng cây". Và đây là khoảng
thời gian cuối cùng chúng em ngồi dưới mái trường Đại
học, câu nói trên càng có ý nghĩa hơn. Trong thời gian
hoàn thành Đồ án tốt nghiệp, nhóm chúng em xin chân
thành cảm ơn đến:
Thầy LÂM TĂNG ĐỨC, người thầy đã tận tình giúp
đỡ và luôn quan tâm chúng em trong suốt quá trình thực
hiện đồ án. Thầy luôn tạo mọi điều kiện và thể hiện sự
quan tâm đến nhóm chúng em. Một lần nữa, chúng em xin
chân thành cảm ơn thầy.
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
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
1.3.3 - Lựa chọn phương án thiết kế
1.4. Sơ đồ khối của mạch
1.4.1. Sơ đồ khối của mạch
1.4.2. Nhiệm vụ từng khối
1.5. Giải thích mối quan hệ giữa các khối
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA TỔNG
ĐÀI VÀ THUÊ BAO
2.1. Giới thiệu chương
2.2. Giới thiệu phương thức làm việc của tổng đài
2.2.1. Đặc tính và các thông số cơ bản của điện thoại
2.2.2. Hệ thống âm hiệu giao tiếp giữa tổng đài và thuê bao
2.3. Phương thức làm việc giữa tổng đài và thuê bao
2.3.1. Phương thức làm việc giữa tổng đài và thuê bao
2.3.2. Vòng nội bộ
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH
3.1. Vi điều khiển 89C51
3.1.1. Giới thiệu MSC-51
3.1.2. Sơ lược về các chân của 89C51
3.1.3. Khảo sát các khối bên trong 89c51 − tổ chức bộ nhớ
3.1.4. Hoạt động của bộ định thì timer
3.1.5. Hoạt động của bộ ngắt (INTERRUPT)
3.2. Giới thiệu IC thu DTMF – MT8870
3.2.1. Sơ đồ chân3.2.2. Sơ lược về các chân của 89C51
3.2.2. Giới thiệu các chân
3.2.3. Chức năng các chân
5.1.1. Giới thiệu chung
5.1.2. Một số yêu cầu
5.1.3. Đầu nối trên máy tính PC
5.1.4. Tốc độ truyền
5.2. Giao tiếp máy tính với Visual Basic
CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ PHẦN MỀM
6.1. Giới thiệu chung
6.2. Lưu đồ thuật toán
6.2.1. Lưu đồ chương trình chính
6.2.2. Lưu đồ chương trình con DIEU_KHIEN
6.2.3. Lưu đồ chương trình con NHAN_TH_DTMF
6.2.4. Lưu đồ chương trình con THOI_GIAN_CHO-NHAN
6.2.5. Lưu đồ chương trình truyền dữ liệu lên máy tính
6.2.6 Lưu đồ chương trình con ngắt khi có trộm
6.2.7 Lưu đồ chương trình con ngắt nhận dữ liệu từ máy tính
6.2.8 Lưu đồ chương trình con XUNG và SO0, SO1, SO2, SO3, SO4, SO5, SO6,
SO7, SO8, SO9
76
CHƯƠNG 7: PHỤ LỤC
7.1 Mô hình nhà
7.2 Mô hình mạch
7.3 Chương trình giao tiếp với máy tính VB6.0
7.3.1. Form1
7.3.2. Form2
7.3.3. Form3
7.4 Chương trình vi điều khiển AT89C51
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG:
Đất nước ta đang trên đà phát triển và hội nhập với nền kinh tế thế giới.
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,
hệ thống sẽ kích hoạt gửi email đến địa chỉ gmail đã được ấn định với nội dung
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.
Ưu điểm của phương án này là người điều khiển và người nhận báo động
XỬ LÝ
TRUNG
TÂM
( VI
ĐIỀU
KHIỂN
89C51 )
ĐIỀU
KHIỂN
THIẾT BỊ
KHUẾCH ĐẠI
ÂM THANH
CÔNG
TẤC BÊN
NGOÀI
KHỐI GIAO
TIẾP MÁY TÍNH
TIP
RING
CẢM BIẾN
BÁO TRỘM
KHỐI PHÁT
TIẾNG NÓI
KHỐI GIẢI
MÃ DTMF
KHỐI KẾT NỐI
INTERNET
KHỐI
BÁO ĐỘNG
chuông không tác động đến khối này. Mặt khác, khối cảm biến chuông phải bảo
1.4.2.6 Khối điều khiển thiết bị:
Khi nhận được lệnh tắt/ mở của khối xử lý trung tâm thì khối điều khiển
thiết bị sẽ kết nối tải.
1.4.2.7 Khối giao tiếp máy tính:
Ngoài việc báo trộm và điều khiển qua điện thoại, hoạt động này có thể
diễn ra trên máy tính kết nối với mạch qua cổng COM. Trên máy tính, người
điều khiển có thể bật, tắt thiết bị theo ý muốn mà không cần gọi điện.
1.4.2.8 Khối kết nối Internet:
Đồng thời với việc báo trộm qua mạng điện thoại thì khối kết nối Internet
giúp thông báo tình trạng trộm bằng cách gửi mail đến địa chỉ email đã lập trình
sẵn. Công việc này được thực hiện ở giao diện chương trình giao tiếp máy tính:
Visual Basic.
1.4.2.9 Khối cảm biến báo trộm:
Khối cảm biến báo trộm giúp phát hiện trộm đưa tín hiệu đến khối xử lý
trung tâm. Nhờ đó thực hiện các công việc tiếp theo: điện thoại báo cho chủ nhà
và gửi email tự động thông báo cho chủ nhà biết.
1.5. GIẢI THÍCH MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC KHỐI :
Khi người điều khiển từ xa gọi số máy của điện thoại ở nơi cần điều khiển
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
Tổng trở AC khi gác máy từ 4KΩ đến 10KΩ.
Tổng trở DC khi nhấc máy nhỏ hơn từ 1KΩ (từ 0,2KΩ đến 0,6KΩ).
Bảng 2.1 - Các thông số và giới hạn của máy điện thoại:
Thông số Các giá trị mẫu Giá trị sử dụng
Dòng làm việc 20 mA ÷ 80 mA 20 mA ÷ 120 mA
Nguồn tổng đài -48 V ÷ - 60 V - 67 V÷ -150 V
Điện trở vòng 0 ÷ 1300 Ω 0 ÷ 1600Ω
Suy hao 8 dB 17dB
Méo dạng Tổng cộng 50 dB
Dòng chuông 90 Vmrs/20 Hz
75÷ 90 Vmrs/16 ÷
25 Hz
Thanh áp ống nối 70 ÷ 90 dB < 15dB
Băng thông làm việc: 300Hz ÷ 3400Hz.
Tỷ số S/N ≥ 29,5dB.
Tổng trở điện thoại 600Ω.
Dòng điện qua điện thoại 5 ÷ 30mA.
Điện áp khi gác máy 48V
DC
.
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
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
1 697Hz±1,5% 1209Hz±1,5%
2 697Hz±1,5% 1336Hz±1,5%
3 697Hz±1,5% 1447Hz±1,5%
4 770Hz±1,5% 1209Hz±1,5%
5 770Hz±1,5% 1336Hz±1,5%
6 770Hz±1,5% 1447Hz±1,5%
10v
ca b
48v
0v
7 852Hz±1,5% 1209Hz±1,5%
8 852Hz±1,5% 1336Hz±1,5%
9 852Hz±1,5% 1447Hz±1,5%
* 941Hz±1,5% 1029Hz±1,5%
0 941Hz±1,5% 1336Hz±1,5%
# 941Hz±1,5% 1447Hz±1,5%
A 697Hz±1,5% 1336Hz±1,5%
B 770Hz±1,5% 1663Hz±1,5%
C 852Hz±1,5% 1663Hz±1,5%
D 941Hz±1,5% 1663Hz±1,5%
Kết nối thuê bao:
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
cho thuê bao. Âm hiệu này có tần số f = 425 ± 25 Hz ngắt nhịp 0,5 giây có 0,5
giây không. Tổng đài nhận biết các thuê bao gọi đến và nhận xét:
Nếu số đầu nằm trong tập thuê bao thì tổng đài sẽ phục vụ như cuộc gọi
nội đài.
Nếu số đầu là số qui ước gọi ra thì tổng đài sẽ phục vụ như cuộc gọi liên
đài qua trung kế và gửi toàn bộ phần định vị số quay sang tổng đài đối phương để
giải mã.
Nếu số đầu là mã gợi có chức năng đặc biệt, tổng đài sẽ thực hiện các
chức năng đó theo yêu cầu của thuê bao. Thông thường, đối với tổng đài nội bộ
có dung lượng nhỏ vài chục đến vài trăm số, có thêm nhiều chức năng đặc biệt
làm cho phương thức phục vụ thuê bao thêm phong phú, tiện lợi, đa dạng, hiệu
quả cho người sử dụng làm tăng khả năng khai thác và hiệu suất sử dụng tổng
đài.
Nếu thuê bao được gọi rảnh, tổng đài sẽ cấp tín hiệu chuông cho thuê bao
với điện áp 90Vrms (AC), f = 25Hz, chu kỳ 2 giây có 4 giây không. Đồng thời,
cấp âm hiệu hồi chuông (Ring Back Tone) cho thuê bao gọi, âm hiệu này là tín
hiệu sin f = 425±25 Hz cùng chu kỳ nhịp với tín hiệu chuông gởi cho thuê bao
được gọi.
Khi thuê bao được gọi nhấc máy, tổng đài nhận biết trạng thái máy này
tiến hành cắt dòng chuông thuê bao bị gọi kịp thời tránh hư hỏng đáng tiếc cho
thuê bao. Đồng thời, tiến hành cắt âm hiệu Ring Back Tone cho thuê bao gọi và
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
sử dụng và yêu cầu đặt ra của nhà sản xuất. IC 89C51 là IC tiêu biểu trong họ
MCS-51 được bán trên thị trường. Tất cả các IC trong họ đều có sự tương thích
với nhau và có sự khác biệt là
sản xuất sau có cái mới mà cái sản xuất trước không có, để tăng thêm khả năng
ứng dụng của IC đó. Chúng có đặc điểm như sau:
- 4k byte ROM (được lập trình bởi nhà sản xuất, chỉ có trong 8051).
- 128 byte RAM.
- 4 Port I/O 8 bit.
- 2 bộ định thời 16 bit.
- Giao tiếp nối tiếp.
- 64k không gian bộ nhớ chương trình mở rộng.
- 64k không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng.
- Một bộ xử lý (thao tác trên các bit đơn).
Hình 3.1: Cấu trúc họ MSC - 51
Copyright: Tài liệu đại học ©