BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG
CẢNH BÁO TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

Họ và tên sinh viên: NGÔ HOÀNG THÁI HẬU
VŨ NGỌC HÂN
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2006 – 2010


Tháng 7/2010


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẢNH BÁO TỰ
ĐỘNG TRONG NHÀ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

Tác giả

NGÔ HOÀNG THÁI HẬU
VŨ NGỌC HÂN

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
Cơ điện tử

Giáo viên hướng dẫn
ThS. Nguyễn Lê Tường
Ks. Nguyễn Văn Khải

- Kết quả đạt được:
 Mô hình ngôi nhà.
 Thiết kế được board trung tâm điều khiển.
 Khối role dùng để đóng ngắt các thiết bị.
 Các khối cảm biến ( cảm biến khói, cảm biến chuyển động, cảm biến cắt
tia và cảm biến mở cửa ) dùng để giám sát trình trạng của ngôi nhà.
 Điện thoại di động dùng để gọi đi khi các cảm biến phát hiện ra tình trạng
mất an ninh của ngôi nhà.
Hệ thống được điều khiển từ xa bằng remote, hệ thống này cũng có thể điều khiển
bằng tay khi người điều khiển đang ở nhà.


MỤC LỤC

Trang
Trang tựa...................................................................................................................... i
Cảm tạ.......................................................................................................................... ii
Tóm tắt........................................................................................................................iii
Mục lục........................................................................................................................ iv
Danh sách sác hình...................................................................viiDanh sách các bảng
...................................................................................................................................... ix
Chương 1 MỞ ĐẦU......................................................................................................1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................................1
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn..............................................................................2
1.3 Mục đích nghiên cứu của đề tài............................................................................2
Chương 2 TỔNG QUAN..............................................................................................3
2.1 Một số hệ thống đã có trên thế giới......................................................................3
2.1.1 Hệ thống chống trộm.....................................................................................3
2.1.2 Hệ thống an ninh...........................................................................................4
2.2 Giới hạn của đề tài...............................................................................................5

2.5.1.2 Phương thức chuyển mạch của tổng đài điện tử....................................24
2.5.1.3 Các loại tổng đài điện tử hiện có...........................................................25
2.5.2 Giới thiệu về tổng đài điện tử nội bộ cơ quan PABX (Private Automatic
Branch Exchance) TC – 200, serial 308A của công ty IKE..................................25
2.5.3 Báo Hiệu Trong Tổng Đài...........................................................................27
2.5.3.1 Định nghĩa.............................................................................................27
2.5.3.2 Các chức năng của báo hiệu..................................................................27
2.5.3.3 Các Hệ Thống Báo Hiệu.......................................................................28
2.5.3.4. Báo Hiệu Trên Đường Dây Thuê Bao Gọi...........................................28
2.5.3.5 Báo Hiệu Trên Đường Dây Thuê Bao Bị Gọi.......................................29
2.5.3.6 Hệ thống âm hiệu của tổng đài..............................................................30
2.6 Giới thiệu về các IC............................................................................................32
2.6.1 Cặp IC thu phát hồng ngoại.........................................................................32
2.6.2 Cặp IC giải mã và lập mã.............................................................................34
2.6.3 Các mạch cảm biến......................................................................................36
2.6.4 IC thu phát ngữ âm ISD1420.......................................................................37
2.6.5 IC CD4066 điều khiển bàn phím điện thoại.................................................41
2.7 Vi điều khiển PIC16F887...................................................................................41
2.7.1 Sơ đồ chân và chức năng các chân của PIC16F887.....................................43
2.7.2 Bộ định thời.................................................................................................48
2.7.3 Khối chuyển đổi tương tự sang số ADC......................................................51
2.7.4 Hoạt động ngắt............................................................................................52
2.7.5 Chế độ điều chế độ rộng xung (PWM)........................................................54
2.7.6 Chương trình biên dịch và nạp PIC..............................................................56
2.8 IC chuyên dụng thu/phát DTMF.........................................................................56
2.8.1 Sơ đồ chân CM8870....................................................................................56
2.8.2 Ý nghĩa các chân CM8870...........................................................................57
2.8.3 Sơ đồ khối bên trong IC MT8870................................................................57
Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................61
3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu đề tài.............................................................61

4.2.1 Khối nguồn..................................................................................................77
4.2.2 Khối thu tone DTMF...................................................................................77
4.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý....................................................................................77
4.2.2.2 Nuyên lý hoạt động của mạch...............................................................78
4.2.3 Khối thu RF.................................................................................................79
4.2.4 Khối điều khiển thiết bị...............................................................................79
4.2.4.1 Sơ đồ nguyên lý....................................................................................79
4.2.4.2 Sơ đồ mạch in và hình thực tế khối relay điều khiển thiết bị.................79
4.2.4.3 Nguyên lý hoạt động.............................................................................80
4.2.5 Khối phát ngữ âm........................................................................................80
4.2.5.1 Sơ đồ nguyên lý....................................................................................80
4.2.5.2 Nguyên tắc hoạt động...........................................................................81
4.2.6 Khối xử lý trung tâm....................................................................................82
4.2.6.1 Sơ đồ nguyên lý....................................................................................82
4.2.6.2 Sơ đồ mãch in và hình thực tế...............................................................82
4.2.6.3 Nguyên tắc hoạt động...........................................................................84
4.2.7 Khối điều khiển bàn phím điện thoại...........................................................84
4.2.7.1 Sơ đồ nguyên lý....................................................................................84
4.2.7.2 Hình thực tế khối điện thoại..................................................................84
4.2.7.3 Nguyên tắc hoạt động...........................................................................85
4.2.8 Khối các cảm biến.......................................................................................85
4.2.8.1 Mạch thu phát hồng ngoại (Cảm biến cắt tia).......................................85
4.2.8.2 Cảm biến cháy.......................................................................................87
4.2.8.3 Cảm biến chuyển động..........................................................................88
4.2.8.4Cảm biến mở cửa...................................................................................89
4.3 Lưu đồ thuật toán...............................................................................................91
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.......................................................................93
5.1 Kết luận..............................................................................................................93
5.2 Đề nghị............................................................................................................... 93
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................95

Hình 2.26: Cấu trúc của timer 2...............................................................................51
Hình 2.27: Sơ đồ khối PWM.....................................................................................54
Hình 2.28: Sơ đồ chân CM8870................................................................................56
Hình 2.29: Sơ đồ khối bên trong IC MT8870..........................................................58
Hình 3.1: Thực tế mạch thu RF dùng IC PT2272...................................................62
Hình 3.2: Sơ đồ khối cảm biến cháy.........................................................................63
Hình 3.3: Liên kết linh kiện cảm biến khói..............................................................63
Hình 3.4: Sơ đồ tổng quát của cảm biến cắt tia.......................................................64
Hình 3.5: Sơ đồ tổng quát của mạch phát hồng ngoại............................................65
Hình 3.6: Sơ đồ tổng quát của mạch thu hồng ngoại và phát RF...........................65
Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý cảm biến chuyễn động...................................................65
Hình 3.8: Sơ đồ tổng quát của khối cảm biến chuyển động....................................66
Hình 3.9: Hình thực tế của khối cảm biến chuyển động.........................................66
Hình 3.10: Hình thực tế của cảm biến chuyển động................................................67
Hình 3.11: Hình minh họa cảm biến mở cửa...........................................................67
Hình 3.12: Hình minh họa 1 trong 4 công tắc của IC CD4066...............................68


Hình 3.13: Sơ đồ khối điều khiển phím điện thoại..................................................68
Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý Role...............................................................................69
Hình 3.15: Sơ đồ các chân IC ULN 2803..................................................................69
Hình 3.16: Sơ đồ khối điều khiển các thiết bị..........................................................70
Hình 3.17: Giản đồ quá trình thu ISD1420..............................................................73
Hình 3.18: Giản đồ quá trình phát ISD1420............................................................73
Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống...................................................................................77
Hình 4.2: Mạch thu phát DTMF...............................................................................78
Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý mạch relay......................................................................79
Hình 4.4: Sơ đồ board mạch relay............................................................................79
Hình 4.5: Hình thực tế khối Role đóng ngắt thiết bị...............................................80
Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý khối phát ngữ âm..........................................................80

Bảng 3.2: Bảng các Mode hoạt động của ISD1420..................................................71
Bảng 4.1: Bảng hai nhóm tần số DTMF...................................................................78
Bảng 4.2: Các câu ghi âm dùng để phát câu thông báo..........................................81


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài.
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ, vượt bậc của khoa học kỹ thuật, kỹ thuật
điện tử, vi điện tử cùng với sự bùng nổ của ngành công nghệ thông tin và công nghệ
viễn thông. Đặc biệt, trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của hệ thống
mạng Internet, tin học…, ngành Cơ Điện Tử đã phát triển tạo ra bước ngoặc quan
trọng trong hoạt động thực tiễn cũng như trong công nghệ….
Công nghệ luôn ra đời phục vụ cho nhu cầu lợi ích của con người. Nhằm hướng
tới cuộc sống hoàn thiện và tiện nghi hơn.
Tâm trạng người chủ khi đi vắng nhà, họ luôn lo lắng không biết tình trạng hiện
tại ngôi nhà, cơ quan, kho bãi, xí nghiệp… của họ đang trong tình trạng như thế nào?
Có gì trục trặc không? Làm sao có thể điều khiển, quan sát với một khoảng cách xa
như hàng Km?
Để trả lời cho những câu hỏi trên, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài: “
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẢNH BÁO TỰ ĐỘNG
TRONG NHÀ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG”. Hệ thống này là một mô hình nhỏ,
cơ bản khởi đầu cho những mô hình lớn hơn và quy mô hơn. Mở rộng ra là những nhà
máy, cơ quan, xí nghiệp… người dùng có thể ở bất cứ nơi đâu, vẫn có thể biết được
tình trạng thiết bị đang hoạt động, và có thể tương tác trực tiếp lại thiết bị .
Với đề tài này, nhóm chúng em tiến hành thực hiện đề tài theo hướng: Thiết kế và
thi công hệ thống cảnh báo cảnh báo tự động va điều khiển thiết bị thông qua điện
thoại di động. Hệ thống này chia làm hai vùng:
+ Vùng 1(ngoài vùng RF): người dùng có thể nhận được cảnh báo tình trạng từng
vị trÍ ngôi nhà, có thể tương tác lại bằng bàn phím điện thoại.


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Một số hệ thống đã có trên thế giới.
2.1.1 Hệ thống chống trộm.

Hình 2.1: Sơ đồ hoạt động – báo chống trộm.
 Ưu điểm.
- Chủ động phòng ngừa và hạn chế tới mức thấp nhất những rủi ro do đột nhập
trái phép hoặc trộm cắp xảy ra.


- Phát hiện sớm và kịp thời những nguy hiểm xảy ra do cháy, xâm nhập bất hợp
pháp… để kịp thời hỗ trợ cho công tác PCCC và bảo vệ.
- Có thể yên tâm khi có người già và trẻ em ở nhà.
- Có thể vắng nhà một thời gian dài mà không phải lo âu về ngôi nhà và tài sản.
 Nhược điểm.
- Chi phí lắp đặt, giá thành cao.
- Các cảm biến rất nhạy nên nhiều lúc báo sai hoặc gây ra sự ồn ào.
- Các cảm biến chưa nhận diện được người hay vật khi nằm trong vùng hoạt
động của cảm biến.
- Dây kết nối giữa các thiết bị rắc rối, phức tạp.
- Sẽ bị ngắt kết nối đến chủ nhân của ngôi nhà khi đường dây điện thoại bị cắt.
2.1.2 Hệ thống an ninh.

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống an ninh.
 Ưu điểm.
- Hệ thống an ninh của I-SOLUTIONS được tích hợp khả năng kết nối với hệ
thống thoại, mạng di động GSM, Internet và khả năng tương tác cảnh báo, xua đuổi kẻ


+ Chỉ nghiên cứu nguyên lý làm việc của hệ thống tổng đài, máy điện thoại để
làm dữ liệu thiết kế.
+ Sử dụng IC chuyên dụng ISD 1420 cho việc thông báo trạng thái hoạt động của
thiết bị.
+ Chưa khắc phục được hiện tượng chồng sóng khi nhiều thiết bị cùng phát một
lúc, làm cho hệ thống không thể nhận biết được thiết bị nào đang phát tín hiệu tới.
+ Chỉ mua những sản phẩm có sẵn trên thị trường, ví du như: Cảm biến cháy,
cảm biến người, bộ thu phát dùng cặp IC PT2262 & PT2272, kết hợp lại, điều chế và
set data cho từng cảm biến, tạo ra sản phẩm riêng biệt.
+ Hệ thống thực hiện chức năng báo trộm, báo cháy… tất cả đều truyền không
dây.
+ Không tập trung nghiên cứu sâu vào cấu tạo cũng như cách thức hoạt động của
tổng đài và máy điện thoại.
+ Phương thức điều khiển bằng Remote RF ở đây chỉ sử dụng Remote RF có sẵn
ngoài thị trường dùng IC phát PT2262, kết hợp set phần cứng theo suy nghĩ riêng.
Nhằm tạo ra sản phẩm không trùng lặp.
2.3 Đối tượng nghiên cứu.
Lý thuyết điều khiển từ xa, các thông số về tổng đài và kỹ thuật thu Tone DTMF,
các nguồn tài liệu trên mạng, các hệ thống cảnh báo tự động có sẵn đã được tiến hành
nghiên cứu và phát triển.
2.4 Lý thuyết về điều khiển từ xa.
2.4.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển từ xa.
Hệ thống điều khiển từ xa là một hệ thống cho phép ta điều khiển các thiết bị từ
một khoảng cách xa. Ví dụ hệ thống điều khiển bằng vô tuyến, hệ thống điều khiển từ
xa bằng tia hồng ngoại, hệ thống điều khiển từ xa hữu tuyến bằng cáp quang dây dẫn.


Sơ đồ kết cấu của hệ thống điều khiển từ xa bao gồm:

Thiết bị phát

2.4.1.3 Về kết cấu hệ thống.
Để đảm bảo các yêu cầu về kết cấu tin tức, hệ thống điều khiển từ xa có các yêu
cầu sau:
- Tốc độ làm việc nhanh.
- Thiết bị phải an toàn, tin cậy.
- Kết cấu phải đơn giản.
Hệ thống điều khiển từ xa có hiệu quả cao là hệ thống đạt tốc độ điều khiển cực
đại, đồng thời đảm bảo độ chính xác trong phạm vi cho phép.
2.4.1.4 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển từ xa.

Tín hiệu
điều khiển
Điều chế

Khuếch
đại phát

Tín hiệu
sóng mang
Hình 2.4: Sơ đồ khối máy phát.

Khuếch đại
thu

Giải điều
chế

Khuếch đại

Chấp hành

Trong kỹ thuật điều khiển từ xa, tín hiệu không thể truyền đi xa được, đồng thời dễ
bị tín hiệu ngoài môi trường gây nhiễu, làm sai lệch nội dung của tín hiệu gốc. Do
đó,để thực hiện việc truyền tín hiệu điều khiển từ máy phát đến máy thu ta cần phải
điều chế ( mã hóa) tín hiệu.


Có nhiều phương pháp điều chế tín hiệu. Tuy nhiên, điều chế tín hiệu dạng xung
có nhiều ưu điểm hơn. Vì ở đây chúng ta sử dụng linh kiện kỹ thuật số nên linh kện
gọn nhệ, công suất tiêu tán nhỏ và có tính chống nhiễu cao.
 Các phương pháp điều chế tín hiệu ở dạng xung như.
+ Điều chế biên độ xung (PAM).
+ Điều chế độ rộng xung ( PWM).
+ Điều chế vị trí xung ( PPM).
+ Điều chế mã xung (PCM).
+ Kỹ thuật điều chế tín hiệu bằng xung lưỡng âm ta tần DTMF ( Multi Dual Tone
Frequency).

Hình 2.6: Các kiểu điều chế xung
2.4.1.7 Điều chế biên độ xung ( PAM ).
 Sơ đồ khối.


Tín hiệu điều chế

Dao động đa
hài trạng thái
bền.

Bộ phát xung
Hình 2.7: Hệ thống điều chế PAM

Hình thức đơn giản của điều chế vị trí xung là quá trình điều chế độ rộng xung. Điều
chế vị trí xung có ưu điểm là sử dụng ít năng lượng hơn điều chế độ rộng xung nhưng
có nhược điểm là quá trình giải điều biến ở máy thu phức tạp hơn các dạng điều chế
khác.
2.4.1.10 Điều chế mã xung.
Phương pháp điều chế mã xung được xem là phương pháp chính xác và hiệu quả
nhất trong các phương pháp điều chế xung.
Trong điều chế mã xung, mỗi biên độ của tín hiệu điều chế được biến đổi bằng số
nhị phân – số nhị phân này được biểu thị bằng nhóm xung, sự hiện diện của một xung
biểu thị bằng mức [1] và sự thiếu đi một xung biểu thị bằng mức [0]. Chỉ có thể biểu
thị trên 16 biên độ khác nhau của biên độ tín hiệu (mã 4 bit), vì vậy nó không được
chính xác. Độ chính xác có thể được cải thiện bằng cách tăng số bit. Mỗi mã n bit có
thể biểu thị được 2n mức riêng biệt của tín hiệu.


Trong phương pháp điều chế mã xung, tần số thử được quyết định bởi tín hiệu cao
nhất trong quá trình xử lý, điều này cho thấy rằng nếu những mẫu thử được lấy ở mức
lớn hơn hai lần tần số tín hiệu thì tần số tín hiệu được phục hồi.
Tuy nhiên, trong thực tế thông thường mẫu thử ở mức độ nhỏ nhất khoảng mười
lần so với tín hiệu lớn nhất. Vì vậy, tần số càng cao thì thời gian lấy mẫu càng nhỏ
(mức lấy mẫu càng ít), dẫn đến linh kiện chuyể mạch có tốc độ xử lý cao. Ngược lại,
nếu sử dụng tần số lấy mẫu thấp thời gian lấy mẫu càng rộng nhưng độ chính xác
không cao. Thông thường người ta chỉ sử dụng khoảng mười lần tín hiệu nhỏ nhất.
2.4.1.11 Kỹ thuật điều chế tín hiệu bằng xung DTMF.
Đây là phương pháp điều chế tín hiệu đặc trưng cho đường truyền tín hiệu thoại,
dựa trên dãy tần số tín hiệu của âm thanh.
Qua quá trình nghiên cứu, người ta thấy rằng năng lượng tiếng nói con người chỉ
tập trung lớn nhất trong khoảng tần số từ 500 – 2000 Hz và người ta hoàn toàn nghe
rõ, còn trong khoảng tần số khác năng lượng không đáng kể. Song băng tần càng mở
rộng thì tiếng nói càng trung thực, chất lượng âm thanh càng cao. Đối với điện thoại

Ngày nay, để tăng khả năng sử dụng của điện thoại người ta phát triển thêm một cột
nữa cho bàn phím điện thoại chuẩn tạo nên bàn phím ma trận 4x4. Tần số DTMF được
chọn kỹ để ở tổng đài có lẫn với những âm hiệu khác có thể xuất hiện trên đường dây.