ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

LỜI GIỚI THIỆU
Trong thời đại ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển đòi hỏi sinh viên –
học sinh học phải đi đôi với hành, bên cạnh những lý thuyết cơ bản ở trường
lớp, phải biết ứng dụng những gì đã học vào thực tiễn, có vậy mới giúp
chúng ta nắm vững những kiến thức mình đã có, bổ sung thêm kiến thức
mới và góp phần phát huy khả năng năng động, sáng tạo.
Sự xuất hiện của các linh kiện bán dẫn đã góp phần quan trọng trong sự
phát triển của ngành công nghệ thông tin, ngành công nghiệp điện tử. Các
thiết bị điện tử ra đời ngày càng tinh vi hơn, nhỏ gọn hơn và nhiều chức
năng hơn, phục vụ tốt hơn cho nhu cầu ngày càng cao của con người.
Tuy chỉ mới xuất hiện ở nước ta, nhưng công nghệ thông tin đã phát
triển rất nhanh và giữ vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như đời sống,
sản xuất công nghiệp… Hệ thống viễn thông, dịch vụ khách hàng, thông tin
di động, ngày càng phát triển với tính hiện đại và tự động hóa ngày càng
cao.

GVHD : PHAN DUY ANH
1

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

CHƯƠNG I:
DẪN NHẬP
I. Đặt vấn đề:
Trong những thập niên gần đây, ngành bưu chính viễn thông đã phát

2

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

hệ thống điều khiển và giám sát từ xa qua mạng điện thoại sẽ góp phần phục
vụ tốt hơn cho nhu cầu ngày càng cao của con người.
Xuất phát từ những ý tưởng và tình hình thực tế như đã nêu, nhóm
chúng em quyết định chọn đề tài “ Điều khiển và giám sát thiết bị qua mạng
điện thoại” để làm đề tài tốt nghiệp.
II. Giới thiệu đề tài:
Điều khiển và giám sát thiết bị qua mạng điện thoại, mà ở đây là ứng
dụng tín hiệu truyền trên đường dây điện thoại do nhà mạng điện thoại cung
cấp. Nó là sự kết hợp giữa các ngành Điện – Điện Tử và Viễn Thông, sự
phối hợp ứng dụng vi điều khiển hiện đại và hệ thống thông tin liên lạc đã
hình thành một hướng nghiên cứu và phát triển cho Khoa Học – Kỹ Thuật.
Điều khiển và giám sát thiết bị từ xa qua đường dây điện thoại khắc
phục được nhiều giới hạn trong hệ thống điều khiển từ xa và báo động thông
thường. Điểm nổi bật của hệ thống này là sự ổn định do sử dụng tín hiệu trên
đường dây điện thoại do các nhà mạng cung cấp có tính ổn định cao, không
chỉ thích hợp sử dụng cho các công ty, các doanh nghiệp vừa và nhỏ mà còn
phù hợp sử dụng trong các hộ gia đình.

1.Ý tưởng thiết kế:
Ý tưởng thiết kế là dựa vào mạng điện thoại có sẵn để thiết kế hệ
thống tự động điều khiển đóng ngắt các thiết bị điện trong nhà với sự trợ
giúp của kỹ thuật vi điều khiển. Hệ thống này được thiết kế trên mô hình

+ Số 1 được chọn là tắt/mở thiết bị 1.
+ Số 2 được chọn là tắt/mở thiết bị 2.
+ Số 3 được chọn là tắt/mở thiết bị 3.
+ Số 4 được chọn là tắt/mở thiết bị 4.
+Phím “*” là vào chương trình điều khiển thiết bị (bật/ tắt thiết bị )
+ Phím ”0” là lệnh kiểm tra trạng thái tất cả các thiết bị.
+ Phím “#”là lệnh tắt tất cả các thiết bị.
2. Phương án thiết kế và sơ đồ khối:
Mạch thi công gồm các khối sau:
• Khối cảm biến chuông.
• Khối kết nối thuê bao.
• Khối giải mã DTMF.
• Khối xử lý trung tâm.
• Khối âm thanh.
• Khối công tắc bên ngoài.
Từ các khối trên, ta kết hợp lại với nhau thành một hệ thống hoạt
động hoàn chỉnh để thi công mạch và viết chương trình cho vi điều khiển để
điều khiển mạch hoạt động đúng theo yêu cầu đề ra.
+Sơ đồ khối:
KHỐI ĐIỀU KHIỂN
THIẾT BỊ

KHỐI DTMF
TIP
KHỐI CẢM BIẾN
TÍN HIỆU
CHUÔNG

KHỐI XỬ LÝ
TRUNG TÂM

gọi đến, khối này sẽ cảm biến tín hiệu, chuyển đến CPU để chạy chương trình
điều khiển kết nối thuê bao.
+ Khối kết nối thuê bao: nhận tín hiệu điều khiển từ CPU, kết nối tạo
trạng thái tải giả giống như thuê bao đang nhấc máy.
+ Khối DTMF: trên đường dây điện thoại, khi ấn phím điện thoại, các
số được truyền dưới dạng mã đa tần (gồm một tín hiệu có tần số cao và một
tín hiệu có tần số thấp), khối này sẽ thu nhận tổ hợp mã đa tần này, sau đó
chuyển thành 4bit nhị phân để chuyển đến CPU.
+ Khối điều khiển: nhận lệnh điều khiển từ CPU để tắt / mở các thiết
bị.
+ Khối công tắc ngoài: giúp người điều khiển có thể tắt / mở thiết bị
mà không cần sử dụng qua điện thoại.
+ Khối âm thanh: tạo âm thanh phản hồi cho người điều khiển giám
sát trạng thái của các thiết bị.
+ Khối nguồn: tạo điện áp ±5V ổn định cung cấp cho mạch hoạt động.

GVHD : PHAN DUY ANH
5

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

CHƯƠNG II:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ TỔNG ĐÀI:
1. Khái niệm về tổng đài:
Tổng đài điện thoại là một hệ thống chuyển mạch, nó có nhiệm vụ kết nối

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

• Tổng đài nội hạt LE (Local Exchange): được đặt ở trung tâm huyện
tỉnh và sử dụng tất cả các loại trung kế.
• Tổng đài đường dài TE (Toll Exchange): dùng để kết nối các tổng đài
nội hạt ở các tỉnh với nhau, chuyển mạch các cuộc gọi đường dài trong
nước, không có mạch thuê bao.
• Tổng đài cửa ngõ quốc tế GWE (Gate Way Exchange): tổng đài này
được dùng chọn hướng và chuyển mạch cuộc gọi vào mạng quốc tế. Để nối
các mạng quốc gia với nhau có thể chuyển quá giang các cuộc gọi.
 Sơ đồ khối tổng đài điện thoại:

Hình 1.2 : Sơ đồ khối tổng đài điện thoại.
Chức năng từng khối:
 Khối chuyển mạch: thực hiện thiết lập tuyến nối giữa một đầu vào bất
kì với một đầu ra bất kì. Đối với hệ thống chuyển mạch số, để thiết lập
tuyến đàm thoại giữa hai thuê bao, cần phải thiết lập tuyến nối cho cả
hai hướng: đi và về.
GVHD : PHAN DUY ANH
7

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

 Khối báo hiệu: thực hiện việc trao đổi thông tin báo hiệu thuê bao,
thông tin báo hiệu đường trung kế liên đài để phục vụ cho quá trình
thiết lập, giải phóng các cuộc gọi.

48V

GVHD : PHAN DUY ANH
8

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

Hình 1.3: Tín hiệu chuông.
Khi một thuê bao bị gọi thì tổng đài sẽ gửi tín hiệu chuông đến để báo
cho thuê bao đó biết có người gọi. Tín hiệu chuông là tín hiệu xoay chiều
AC thường có tần số 25Hz, tuy nhiên nó có thể cao hơn đến 60Hz hoặc thấp
hơn đến 16Hz. Biên độ của tín hiệu chuông cũng thay đổi từ 40 V RMS đến
130 VRMS thường là 90 VRMS. Tín hiệu chuông được gửi theo xung thường là
2 giây có, 4 giây không. Hoặc có thể thay đổi tùy thuộc từng loại tổng đài.
b.Tín hiệu mời gọi (Dial Signal):

Hình 1.4: Tín hiệu mời gọi.
Đây là tín hiệu liên tục, không phải là tín hiệu xung như các tín hiệu
khác sử dụng trong hệ thống điện thoại. Tín hiệu này được tao ra bởi hai âm
thanh có tần số 350Hz và 440Hz.
b. Tín hiệu báo bận (Busy Signal):
Khi thuê bao nhấc máy để thực hiện một cuộc gọi thì thuê bao sẽ nghe
một trong hai tín hiệu:
- Tín hiệu mời cho phép thuê bao thực hiện ngay một cuộc gọi.
- Tín hiệu báo bận báo cho thuê bao biết đường dây đang bận,
không thể thực hiện cuộc gọi ngay lúc này.

chuông rất lớn để cảnh báo. Tín hiệu này là tổng hợp của bốn tần số 1400Hz
+ 2050Hz + 2450Hz + 2600Hz được phát ra dạng xung 0.1s có và 0.1s
không.
3. Tín hiệu đảo cực:
Đảo cực

Hình 1.7: Tín hiệu đảo cực.
Tín hiệu đảo cực chính là sự đảo cực tính của nguồn tại tổng đài, khi
hai thuê bao bắt đầu cuộc đàm thoại, một tín hiệu đảo cực sẽ xuất hiện. Khi
đó hệ thống tính cước của tổng đài sẽ bắt đầu thực hiện việc tính cước đàm
thoại cho thuê bao gọi.

GVHD : PHAN DUY ANH
10

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

BẢNG TÓM TẮT TẦN SỐ TÍN HIỆU TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
THOẠI
Vùng
hoạt Chuẩn
động (Hz)
(Hz)
Tín hiệu chuông

16 – 60


1400+2060 Xung 0,1s on 0,1s Hz
+
off

Hz

2450+2600
Tín hiệu sai số

200-400

Liên tục

Hz

II. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN THOẠI:
1. Nguyên lý thông tin điện thoại:
Thông tin điện thoại là quá trình truyền đưa tiếng nói từ nơi này đến
nơi khác bằng dòng điện qua máy điện thoại. Máy điện thoại là thiết bị đầu
cuối của mạng thông tin điện thoại. Quá trình thông tin đó được minh họa
như sau:
a.Sơ đồ:
Mạch điện thoại đơn giản gồm:
- Ống nói.
- Ống nghe.
- Nguồn điện.
- Đường dây.
Đường dây
Ống nghe

rời đường điện, trên đường dây chỉ có dòng tín hiệu chuông.
b) Khi đàm thoại, bộ phận phát và nhận tín hiệu chuông phải tách ra
khỏi đường điện, trên đường dây chỉ có dòng điện điện thoại.
c) Máy phải phát được mã số thuê bao bị gọi tới tổng đài và phải
nhận được tín hiệu chuông từ tổng đài đưa tới.
d) Trạng thái nghỉ, máy thường trực đón nhận tín hiệu chuông của
tổng đài.
Ngoài ra, máy cần phải chế tạo ngắn gọn, nhẹ, đơn giản, bền, đẹp, tiện lợi
cho mọi người sử dụng.
3. Những chức năng cơ bản của máy điện thoại:
a) Chức năng báo hiệu: báo cho người sử dụng điện thoại biết tổng
đài điện thoại sẵn sàng tiếp nhận hoặc chưa tiếp nhận cuộc gọi đó
bằng các âm hiệu.
b) Phát mã số của thuê bao bị gọi vào tổng đài bằng cách thuê bao
chủ gọi ấn phím số trên máy điện thoại.
c) Thông báo cho người sử dụng điện thoại biết tình trạng diễn biến
việc kết nối mạch bằng các âm hiệu.
GVHD : PHAN DUY ANH
12

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

d) Báo hiệu bằng chuông cho thuê bao biết là có người đang gọi
mình.
e) Biến âm thanh thành tín hiệu điện phát sang máy đối phương và
chuyển tín hiệu điện từ máy đối phương tới thành âm thanh.

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

CHƯƠNG III:
GIỚI THIỆU LINH KIỆN
I. PIC 16F877A:
Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-controller, là mạch tích hợp trên một
chip có thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của một hệ thống.
Theo các tập lệnh của người lập trình, bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ
thông tin, xử lý thông tin, đo thời gian và tiến hành đóng, mở một cơ cấu nào
đó.
Trong các thiết bị điện và điện tử dân dụng, các bộ vi điều khiển, điều
khiển hoạt động của TV, máy giặt, điện thoại, lò viba… Trong hệ thống sản
xuất tự động, bộ vi điều khiển được sử dụng trong Robot, dây chuyền tự
động. Các hệ thống càng “thông minh” thì vai trò của hệ thống vi điều khiển
càng quan trọng.
1. Khảo sát bộ vi điều khiển PIC 16F877A:
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 20MHZ với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ
nhớ chương trình 8Kx14bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte và bộ nhớ dữ liệu
EEPROM với dung lượng 256x8 byte, số port I/O là 5 với 33 pin I/O.
2. Các cổng xuất nhập của PIC 16F877A:
Cổng xuất nhập (I/O port) chính là phương tiện mà vi điều khiển dùng
để tương tác với thế giới bên ngoài. Bên cạnh đó, do vi điều khiển được tích
GVHD : PHAN DUY ANH
14

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ngõ vào xung clock của Timer0 và ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP.
b. Port B.
PORTB (RPB) gồm 8 pin I/O ( RB0 – RB7). 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 (20k ohm) được điều
khiển bởi chương trình.
c. Port C.
PORTC (RPC) gồm 8 pin I/O (RC0 – RC7). 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.
d. Port D.
PORTD (RPD) gồm 8 chân I/O ( RD0 – RD7), 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).
e. Port E.
Port E có 3 chân RE0 , RE1 , RE2 có thể được cấu hình là các chân xuất
nhập. Các chân của PORTE có ngõ vào analog , tại chế độ này khi đọc trạng
thái các chân port E sẽ cho ta giá trị 0 . Bên cạnh đó PORTE còn là các chân
điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP.
3. Sơ đồ tổ chức bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A
a. Stack .
GVHD : PHAN DUY ANH
16

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

Hình 2.1 :Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu Pic16F877A.

c. SƠ ĐỒ CHÂN PIC 16F877A:
GVHD : PHAN DUY ANH
18

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

Hình 2.2: Sơ đồ chân Pic16f877A.
d.BẢNG TÍNH NĂNG CÁC CHÂN PIC 16F877A:
Tên
OSC1/CLKI

Chân Loại

Mô tả chức năng

13

Dao động tinh thể lối vào dao động

I

ngoài


I/O

Vào/ ra số. Lối vào analog 0

RA1/AN1

3

I/O

Vào/ ra số. Lối vào analog 1
Vào ra số. lối vào analog 2. Lối vào

RA2/AN2/V- 4

I/O

reff/CVRef
RA3/AN3/V+Ref

điện áp chuẩn V-ref của ADC. Lối ra
Vref so sánh

5

I/O

Vào/ ra số. Lối vào analog 3. Lối vào
điện áp chuẩn V-ref của ADC

34

I/O

Vào/ra số.

RB2

35

I/O

Vào/ra số.

RB3/PGM

36

I/O

Vào/ra số. Nạp trình LVP

RB4

37

I/O

Vào/ra số



Vào/ra số. Dữ nạp trình ICSP

RC0/T1OSO/T1C 15

I/O

Vào/ra số. Tạo dao động timer. Xung

KI
RC1/T1OSI/CCP2

nhịp ngoài cho timer 1
16

I/O

Vào/ra số. Tạo timer1. Lối vào
Capture. Lối ra Compare2. Lối ra
PWM2

RC2/CCP1

17

I/O

Vào/ra

số.

24

I/O

Vào/ra số. Ra dữ liệu SPI

RC6/TX/CK

25

I/O

Vào/ra số. Cổng truyền thông không
đồng bộ. Xung nhịp truyền đồng bộ

RC7/RX/DT

26

I/O

Vào/ra số. Cổng nhận không đồng
bộ. Dữ liệu đồng bộ

RD0

19

I/O



I/O

Vào/ra số. Cổng song song tớ

RD4

27

I/O

Vào/ra số. Cổng song song tớ

RD5

28

I/O

Vào/ra số. Cổng song song tớ

RD6

29

I/O

Vào/ra số. Cổng song song tớ

RD7


Vào/ra số. Điều khiển CS cổng song
song

Vss

12,31 I/O

Đất chung cho lối vàp/ra và analog

Vdd

11,32 I/O

Cấp nguồn dương

4. 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 thi 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 tấn số, bộ postcaler.
Hai bộ capture/ so sánh/ điều chế độ rộng xung.
GVHD : PHAN DUY ANH
22

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI



SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI


ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI

•Chọn xung nhịp bên ngoài hoặc bên trong.
•Sinh ngắt TOIF khi tràn chuyền từ FFh→ 00h.
•Chọn sườn xung khi lấy xung nhịp từ bên ngoài.
Timer0 dùng làm bộ đếm xung nhịp của vi điều khiển vể tạo ra một bộ đếm
thời gian. Chế độ đếm thời gian được chọn bằng cách đặt bit T0CS = 0 (bit
OPTION<5>). Trong các chế độ đếm thời gian, thanh ghi TMR0 tăng một
đơn vị sau mỗi chu kỳ máy. Thanh ghỉ TMR0 có thể được ghi đọc trong
chương trình để xác lập hoặc lấy giá trị hiện thời của timer0.

Hình 2.3 : Sơ đồ khối Timer0.
Timer0 dùng để đếm các xung từ bên ngoài cấp vào chân RA4. Chế độ
đếm xung được chọn bằng cách đặt T0CS = 1. Trong chế độ này thanh ghi
Timer0 tăng một đơn vị sau mỗi sườn lên hoặc sườn xuống tùy thuộc vào
trạng thái của bit T0SE.
Bộ chia trước được dùng chung cho hai khối watchdog và Timer0. Việc gắn
bộ chia trước cho khối nào được chọn bằng bít PSA(OPTION<3>). Hệ số
chia phụ thuộc giá trị của bit PS2:PS1:PS0 của thanh ghi OPTION.
GVHD : PHAN DUY ANH
24

SVTH : NGUYỄN XUÂN HOÀNG
NGUYỄN THÀNH TÀI