LỜI CẢM ƠN
Sau quá trình học tập và rèn luyện tại khoa Điện tử - Viễn thông trường Đại
học Vinh em đã được trang bị các kiến thức cơ bản, các kỹ năng thực tế để có thể
hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình.
Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện tử Viễn thông trường Đại
học Vinh đã quan tâm hướng dẫn truyền đạt những kiến thức quý báu và kinh
nghiệm cho em trong suốt thời gian học ở trường nói chung và trong đồ án tốt
nghiệp nói riêng. Qua đây em xin chân thành cảm ơn ThS. Lê Văn Chương đã
hướng dẫn tận tình để giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp.
Trong suốt thời gian làm đồ án em đã cố gắng hoàn thành nhưng không tránh
khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và
các bạn để đồ án em có tính thiết thực hơn.
Cuối cùng em xin chúc các thầy, cô giáo sức khỏe, nhiều thành công trong sự
nghiệp trồng người.
Em xin chân thành cảm ơn

1


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................1
MỤC LỤC................................................................................................................. 2
MỞ ĐẦU................................................................................................................... 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ....................................................................6
DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG BÁO CÁO......................................................8
Hình 1.1. Base Station Controller – Bộ điều khiển trạm gốc...................................15
1.2.2. Kiến trúc của GPRS..................................................................................19
1.2.3. Nguyên tắc hoạt động của GPRS..............................................................24
CHƯƠNG II : GIAO THỨC TCP/IP......................................................................26
2.1. GIỚI THIỆU VỀ GIAO THỨC TCP/IP...........................................................26
2.1.1. Lịch sử.......................................................................................................26

Hình 3.21. Giao diện trong trang web......................................................................55
KẾT LUẬN.............................................................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................57
PHỤ LỤC................................................................................................................ 58

3


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đồ án nghiên cứu về lập trình cho vi điều khiển giao tiếp với cảm biến, vi điều
khiển giao tiếp với module Sim900A để gửi dữ liệu lên trang web. Để đạt được
được những mục đích đó ta đi sâu vào tìm hiểu các kiến thức cơ bản về Module
Sim900A, cảm biến nhiệt độ DS18B20, vi điều khiển PIC16F887,…..
Nắm vững cách viết chương trình, đề ra các hướng phát triển để đề tài hoàn
thiện hơn.
ABSTRACT
The thesis researches programming for microcontrollers communicate with
sensors, microcontrollers communicate with the module Sim900A to send data to
the website. To achive that goal, we go into learn the basics of Module Sim900A,
Temperature sensor DS18B20, Microcontrollers PIC16F887,…..
Mastering how to write programs, proposed the development direction to more
completed thesis.

4


MỞ ĐẦU
Hiện nay cùng với sự phát triển của kinh tế - xã hội, vấn đề an toàn cháy nổ
đang được sự quan tâm lớn từ xã hội. Các hệ thống giám sát,cảnh báo đã được ra
đời. Một trong số đó là giám sát và cảnh báo nhiệt độ được con người quan tâm cao.

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Base Station Controller – Bộ điều khiển trạm gốc

Error:

Reference

source not found
Hình 1.2. Cấu trúc của một mạng GPRS Error: Reference source not found
Hình 1.3. Các khối mạng của GPRS

Error: Reference source not found

Hình 2.1. Các tầng trong bộ giao thức TCP/IP
Hình 2.2. Cấu trúc các lớp địa chỉ IP

Error: Reference source not found

Error: Reference source not found

Hình 2.3. Dạng thức của gói tin IPError: Reference source not found
Hình 2.4. Cổng truy nhập dịch vụ TCP

Error: Reference source not found

Hình 3.1. Sơ đồ tổng quan hệ thống

Error: Reference source not found

Hình 3.2. Module SIM900 Error: Reference source not found

Hình 3.12. Cấu trúc bên trong của PIC 16F887 Error: Reference source not found
Hình 3.13 Sơ đồ chân DS18B20 Error: Reference source not found
Hình 3.14. Sơ đồ khối của DS18B20

Error: Reference source not found

Hình 3.15. Bộ nhớ của DS18B20 Error: Reference source not found
6


Hình 3.16. Kết nối vi điều khiển và cảm biến
Hình 3.17. Lưu đồ thuật toán

Error: Reference source not found

Error: Reference source not found

Hình 3.18. Module Sim900 Error: Reference source not found
Hình 3.19. Mạch vi điều khiển

Error: Reference source not found

Hình 3.20. Kết nối 2 mạch lại với nhau Error: Reference source not found
Hình 3.21. Giao diện trong trang web

Error: Reference source not found

7



communication

Hệ thống truyền thông
di động toàn cầu

TDMA

Time Division Mutiple Access

Đa truy cập phân chia
theo thời gian

FDMA

Frequence Division Mutiple Access

Đa truy cập phân chia
theo tần số

ETSI

European Telecommunication
Standards Institude

Viện tiêu chuẩn viễn
thông Châu Âu

BSC

Base Station Controller

SMSC

Short Message Service Centre

Dịch vụ bản tin ngắn

SGSN

Serving GPRS Support Node

Nút phục vụ các thuê
bao GPRS

GGSN

Gateway GPRS Support Node

Nút định tuyến của
GPRS

TCP/IP

Transmission Control
Protocol/Internet Protocol

Giao thức Điều Khiển
Truyền Thông/Giao
thức Internet

ICMP

-1988: CEPT bắt đầu xây dựng đặc tả GSM cho giai đoạn hiện thực và đã có
thêm 5 nước gia nhập MoU.
-1989:

Viện

tiêu

chuẩn

viễn

thông

Châu

Âu

(ETSI–European

Telecommunication Standards Institude) nhận trách nhiệm phát triển đặc tả GSM.
-1990: Đặc tả giai đoạn 1 đã được đưa cho các nhà sản xuất phát triển thiết bị
mạng.
-1991: chuẩn GSM 1800 được công bố và thống nhất cho phép các nước
ngoài CEPT được tham gia bản MoU.
-1992: Đặc tả giai đoạn 1 hoàn tất. Mạng GSM giai đoạn 1 thương mại đầu
tiên được công bố. Thỏa thuận chuyển vùng (roaming) quốc tế đầu tiên giữa
Telecom Finland và Vodafone (Anh) được ký kết.
-1993: Úc là nước đầu tiên ngoài CEPT ký MoU, khi đó MoU đã được 70
nước tham gia. Mạng GSM được công bố tại Áo, Ai-xơ-len, Hồng Kông, Na Uy và

vị trí của thuê bao.
3. Ô (cell):
Là đơn vị cơ bản của hệ thống tế bào, được định nghĩa theo vùng phủ sóng của
BTS. Mỗi ô được cấp một số định danh duy nhất gọi là CGI (Cell Global Identity).
Để phủ sóng toàn quốc, người ta cần đến một số lượng rất lớn BTS. Để phủ sóng
toàn bộ 61 tỉnh thành Mobifone bố trí 358 BTS, Việc bố trí dựa trên một mức độ
khai thác của từng khu vực, chỉ riêng khu vực 2 (từ Lâm Đồng trở vào) đã đặt đến
11


gần 300 BTS (chiếm gần một nữa tổng số BTS của mạng); trong tương lai, GPC
(công ty quản lý mạng Vinaphone) và VMS (MobiFone) vẫn sẽ tiếp tục lắp đặt thêm
BTS để mở rộng và nâng cấp chất lượng vùng phủ sóng.
4. Vùng định vị (LA-Location Area):
Nhiều ô được ghép nhóm và gọi là một LA. Trong mạng, vị trí của thuê bao
do LA khu vực của thuê bao nắm giữ. Số định danh cho LA được lưu thành thông
số LAI (Location Area Identity) ứng với từng thiết bị di động (điện thoại di động)
trong VLR. Khi thiết bị di chuyển sang ô của LA khác thì bắt buộc phải đăng ký lại
vị trí với mạng, nếu dịch chuyển giữa các ô trong cùng một LA thì không phải thực
hiện qui trình trên. Khi có cuộc gọi đến thiết bị, thông điệp được phát ra (broadcast)
toàn bộ các ô của LA đang quản lý thiết bị.
5. Vùng phục vụ của MSC:
Nhiều vùng LA được quản lý bởi một MSC. Để có thể kết nối cuộc thoại đến thiết
bị di động, thông tin vùng dịch vụ MSC cũng được theo dõi và lưu lại HLR.
6. Vùng phục vụ của nhà khai thác:
Vùng phục vụ của nhà khai thác bao gồm toàn bộ các ô mà công ty có thể
phục vụ; nói cách khác, đây chính là toàn bộ của vùng phủ sóng của nhà khai thác
mà thuê bao có thể truy nhập vào hệ thống. Mỗi nhà khai thác sẽ có thông số vùng
phục vụ riêng. Việt Nam hiện có hai vùng phục vụ MobiFone và Vinaphone, hy
vọng sắp tới sẽ sớm có thêm vùng phục vụ của Saigon Postel liên doanh với SLD

tâm hay điều khiển của người dùng.
1.Đăng nhập thiết bị vào mạng:
Khi thiết bị (điện thoại di động) ở trạng thái tắt, nó được tách ra khỏi mạng.
Khi bật lên, thiết bị dò tần số GSM để tìm kênh điều khiển. Sau đó, thiết bị đo
cường độ của tín hiệu từ các kênh và ghi lại. Cuối cùng thì chuyển sang kết nối với
kênh có tín hiệu mạnh nhất.
2. Chuyển vùng:
Vì GSM là một chuẩn chung nên thuê bao có thể dùng điện thoại hệ GSM tại
hầu hết các mạng GSM trên thế giới. Trong khi di chuyển, thiết bị liên tục dò kênh
để luôn duy trì tín hiệu với trạm là mạnh nhất. Khi tìm thấy trạm có tín hiệu mạnh
hơn, thiết bị sẽ tự động chuyển sang mạng mới; nếu trạm mới nằm trong LA khác,
thiết bị sẽ báo cho mạng biết vị trí mới của mình. Riêng với chế độ chuyển vùng
quốc tế hoặc chuyển vùng giữa mạng của hai nhà khai thác dịch vụ khác nhau thì
quá trình cập nhật vị trí đòi hỏi phải có sự chấp thuận và hỗ trợ từ cấp nhà khai thác
dịch vụ.
13


* Thực hiện cuộc gọi từ thiết bị di động vào điện thoại cố định:
1. Thiết bị kiểu yêu cầu một kênh báo hiệu.
2. BSC/TRC sẽ chỉ định kênh báo hiệu.
3. Thiết bị gửi yêu cầu thiết lập cuộc gọi cho MSC/VLR. Thao tác đăng
ký trạng thái tích cực cho thiết bị vào VLR, xác thực, mã hóa, nhận dạng thiết bị,
gửi số được gọi cho mạng, kiểm tra xem thuê bao có đăng ký dịch vụ cấm gọi ra
đều được thực hiện trong bước này. - Nếu hợp lệ, MSC/VLR báo cho BSC/TRC
một kênh đang rỗi. - MSC/VLR chuyển tiếp số được gọi cho mạng PSTN. - Nếu
máy được gọi trả lời, kết nối sẽ được thiết lập.
* Thực hiện cuộc gọi từ điện thoại cố định đến thiết bị di động:
Điểm khác biệt quan trọng so với gọi từ thiết bị di động là vị trí của
thiết bị không được biết chính xác. Chính vì thế trước khi kết nối, mạng phải thực

và xử lý. Ví dụ trong vùng chuyển vùng quốc tế, thuê bao đăng ký tại Việt Nam
thực hiện cuộc gọi tại Singapore cho một thiết bị di động tại Singapore. Thông
thường tuyến kết nối sẽ đi ngược về Việt Nam; nếu ứng dụng tính năng dropback,
tuyến kết nối sẽ được tối ưu trong vùng của Singapore.
1.2.GPRS
1.2.1. Khái quát chung về mạng GPRS

Hình 1.2. Cấu trúc của một mạng GPRS

15


GPRS (General Packet Radio Service) là một công nghệ mới đầy triển vọng
được Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu tiêu chuẩn hoá vào năm 1993,đó là dịch
vụ vô tuyến gói tổng hợp được phát triển trên nền tảng công nghệ thông tin di động
toàn cầu (GSM) sử dụng đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA).Nguyên lý cơ
bản của công nghệ là sử dụng các gói tin để truyền tải dữ liệu trên mạng khi và chỉ khi
có dữ liệu được gửi thay cho việc sử dụng kết nối kênh cố định của dịch vụ GPRS.
Công nghệ GPRS hay còn biết đến với mạng di động thế hệ 2.5G, áp dụng nguyên lý
gói vô tuyến để truyền số liệu của người sử dụng một cách có hiệu quả giữa máy điện
thoại di động tới các mạng truyền số liệu.
GPRS cho phép sử dụng các máy điện thoại di động thông thường để truy
nhập Internet. Nhờ GPRS người sử dụng có thể làm việc với thư điện tử của mình,
với các server Web thông thường (chứ không phải với các versions WAP chuyên
dụng) v.v...
Ưu thế cơ bản của các mạng GPRS là ở chỗ người sử dụng chỉ phải chi trả cho
lượng thông tin phát /thu chứ không phải cho thời gian vào mạng. Trước khi có tiêu
chuẩn công nghệ GPRS, thuê bao phải trả tiền cho toàn bộ thời gian kết nối mà
không phụ thuộc vào việc họ có sử dụng kênh truyền số liệu quy định hay không.
Nói một cách khác, tài nguyên của mạng chỉ phát huy hiệu lực trong thời gian

Về cơ bản là sử dụng các gói tin để truyền tải dữ liệu trên mạng thay cho việc
sử dụng kết nối kênh cố định của dịch vụ hiện tại khi và chỉ khi có dữ liệu được gửi.
Giao thức TP được sử dụng trong mạng GPRS vì GPRS được thiết kế như một
phương thức cung cấp dịch vụ mạng để hỗ trợ những ứng dụng theo dữ liệu chuẩn
(Standard Data Protocols).
Một trong những ưu điểm của chuyển mạch gói là cho phép nhiều người sử
dụng phận chia một kênh vật lý. Điều này sẽ tối ưu hóa sử dụng phổ nhờ phân chia
khe thời gian động giữa những người sử dụng và nâng cao hiệu suất sử dụng lên
gấp ba lần so với chuyển mạch kênh. Thuê bao có thể kết nối đến tất cả các khe thời
gian với thời gian thiết lập cuộc gọi nhỏ. Như vậy sẽ tiết kiệm chi phí cho cơ sở hạ
tầng vì có thể triển khai phát triển trên nền hạ tầng sẵn có để hỗ trợ cho cả hai loại
dịch vụ: thoại và dữ liệu.
Trong khi kỹ thuật chuyển mạch kênh có thể cho tốc độ truyền dẫn dữ liệu lên
56 kbit/s đối với mạng thông tin cố định hay 9,6 kbit/s đối với mạng GSM hiện tại
nhưng chi phí rất cao và sử dụng không hiệu quả, thì GPRS với kỹ thuật chuyển
mạch gói đưa tốc độ lên tới 171,2 kbit/s và phổ được sử dụng hiệu quả hơn gấp 3

17


lần so với tốc độ truyền dẫn dữ liệu của mạng thông tin cố định và gấp 10 lần tốc độ
truyền dẫn dữ liệu của mạng GSM hiện tại.
Tốc độ dữ liệu cung cấp bởi GPRS phụ thuộc vào lược đồ mã hóa kênh. Có 4
chuẩn tốc độ cho một kênh truyền trong GPRS là: 9,05 kbit/s – 13,4 kbit/s – 15,6
kbit/s – 21,4 kbits
Lược đồ

Tỷ lệ mã

Tốc độ dữ liệu trên 1 khe


1

21,4

171,2

Bảng 1.1. Tốc độ dữ liệu truyền trong GPRS
Với khả năng có thể đưa ra linh hoạt từ 1 đến 8 kênh lưu lượng (hay 8 khe thời
gian) trên một tần số sóng mang đơn (một khung TDMA), GPRS đã đưa tốc độ dữ
liệu lên tối đa là 171,2 kbit/s đối với 1 người sử dụng. Trên thực tế, do sự cần thiết
phải mã hóa kênh và phân phối đa khe thời gian nên giới hạn tốc độ sẽ chỉ là 115
kbit/s. Tuy nhiên, phần lớn các ứng dụng lại ở tốc độ thấp hơn nhiều nhưng chất
lượng dịch vụ vẫn chấp nhận được.
Các ứng dụng số liệu

Tốc độ

Các ứng dụng số liệu

Tốc độ

Telemetry

(kb/s)
2,4

Electronic Newspapers

(kb/s)

Data Transfer (UDI)

64

Slow Video

19,2

Multi – User games

64

Internet Browsing

28,8

Audio Visual (MPRG-4)

64

Bảng 1.2. Tốc độ kênh truyền trong GPRS

18


GPRS cũng cho phép phát triển dịch vụ bản tin ngắn SMSC (Short Message
Service Centre) về khía cạnh tốc độ, thành phần và chiều dài bản tin bằng cách
chuyển lưu lượng bản tin qua mạng GPRS (mạng GSM hiện tại truyền tải dữ liệu ở
tốc độ 9,6 kbit/s và chiều dài bản tin ngắn là 160 ký tự).
Yêu cầu cho người sử dụng có thể sử dụng dịch vụ GPRS:

hiệu số 7.
- MSC và VLR không thực sự cần thiết khi định tuyến dữ liệu GPRS nhưng
nó được dùng khi kết nối GPRS trên mạng GSM hiện tại.
- HLR chứa thông tin chi tiết về thuê bao trong mạng GPRS.
- AUC được dùng để xử lý nhận thức và mật mã.
- EIR được sử dụng cho nhận thức thiết bị di động.
Các khối của 1 mạng GPRS được biểu diễn ở hình 1.5:

Hình 1.3. Các khối mạng của GPRS
1.2.2.1. MS (Mobile Station) - Trạm di động
Trạm di động (MS - mobile station) có thể là một máy tính xách tay hay bỏ
túi, một máy điện thoại di động hoặc bất kỳ một thiết bị nào khác có hỗ trợ công
nghệ GPRS.Về mặt chức năng, MS bao gồm hai cấu kiện:

20


- Thiết bị đầu cuối TE (terminal equipment), chẳng hạn như một máy tính
xách tay;
- Đầu cuối di động MT (Mobile Terminal),chẳng hạn như một modem.
- Có 3 loại MS được quy định cho việc sử dụng mạng GPRS là A, B và C
dựa vào sự đăng nhập tới mạng PLMN mà GPRS hỗ trợ, MS sẽ thông báo tới mạng
về lớp GPRS và tiềm năng đa khe thời gian của nó.
Tuỳ thuộc vào loại thiết bị và vào khả năng mạng,trạm di động sẽ hoạt động
theo một trong ba chế độ làm việc:
- Cấp A – hỗ trợ đồng thời sự đăng nhập, sự khởi hoạt (activiation), giám sát
báo khẩn (invocation), lưu lượng cho phép trạm di động cùng một lúc phát đi cả dữ
liệu và tiếng nói, có nghĩa là làm việc đồng thời trong cả mạng GSM lẫn GPRS.
- Cấp B – hỗ trợ đồng thời sự đăng nhập , sự kích hoạt, giám sát. Tuy nhiên,
nó chỉ hỗ trợ thông báo khẩn đồng thời trong giới hạn. Ví dụ như kênh ảo GPRS sẽ

BSC làm các chức năng sau trong GPRS:
- Quản lý mobile GPRS.
- Xử lý tìm gọi của GPRS.
- Quảng bá thông tin GPRS. Đây là phần không thể thiếu trong các dịch vụ
GPRS của các mạng di động ở Việt Nam hiện nay.
BTS làm các chức năng sau:
- Tách riêng cuộc gọi giữa chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói trước khi
chuyển đến MSC/VLR và dữ liệu gói khi đến SGSN.
- Giao diên vô tuyến cho dữ liệu gói.
Khối điều khiển gói (PCU - Packet Control Unit):
Khối PCU được bổ sung vào cơ sở hạ tầng của GSM, có thể coi đây là sự nâng
cấp phần mềm cho BSC, PCU có quan hệ với các giao thức vô tuyến lớp thấp, nó
xử lý lưu lượng dữ liệu và tách ra khỏi lưu lượng thoại GSM. Ngoài ra, PCU còn
thêm chức năng tạo gói và điều khiển dộng liên kết vô tuyến. Điều này cho phép
nhiều người sử dụng có thể truy cập tới nguồn tài nguyên vô tuyến giống nhau theo
những phương pháp truy nhập riêng và giải phóng kênh truyền khi không sử dụng.
PCU làm các chức năng sau:
- Chịu trách nhiệm quản lý tài nguyên vô tuyến dữ liệu gói trong BSS.
- PCU chịu trách nhiệm xử lý lớp MAC và PLC của giao diện vô tuyến, lớp
BSSGP và NS của giao diện Gb.
- Truyền dữ liệu gói.

22


1.2.2.3. SGSN (Serving GPRS Support Node) - Nút phục vụ các thuê bao
GPRS
Nút phục vụ thuê bao SGSN là thành phần chủ yếu của mạng GPRS. Nó có
nhiệm vụ chuyển tiếp các gói IP mà trạm di động gửi đi và nhận được.
Về thực chất nó cũng là một trung tâm chuyển mạch giống như MSC trong

* HLR (Home Location Register) - bộ ghi vị trí thường trú (các thuê bao riêng
của mạng) có nhiệm vụ lưu trữ thông tin về mỗi cá nhân phải thanh toán cước dịch
vụ cho nhà khai thác GPRS của chính mạng này. Đặc biệt là HLR lưu trữ thông tin
về các dịch vụ phụ, về các tham số chứng thực và về địa chỉ IP v.v... Các thông tin
này được trao đổi giữa HLR và SGSN.
* VLR (Visitor Location Register) - bộ ghi vị trí tạm trú (các thuê bao chuyển
vùng) có nhiệm vụ lưu trữ thông tin về mỗi trạm di động mà vào thời điểm cho
trước đang nằm trong vùng phủ sóng của SGSN. Trong VLR có lưu trữ các thông
tin về các thuê bao tương tự như trong HLR nhưng chỉ tới khi thuê bao rời khỏi
vùng lãnh thổ mà bộ ghi tạm trú này phục vụ.
* EIR (Equipment Identity Register) - bộ ghi danh tính thiết bị (ghi các dữ liệu
để nhận dạng thiết bị) có nhiệm vụ lưu giữ các thông tin cho phép khoá các cuộc
gọi từ các thiét bị gian lận, trộm cắp hoặc bất hợp pháp.
1.2.3. Nguyên tắc hoạt động của GPRS
Khi hoạt động, một thiết bị đầu cuối GPRS làm việc giống như một điện thoại
di động chuẩn – cả hai liên lạc với một trạm gốc và cơ sở hạ tầng cung cấp tính
năng xác thực, kết nối và dịch vụ. Điểm khác biệt chính là GPRS cho phép người sử
dụng “được kết nối” liên tục với mạng.
Thay vì gửi dữ liệu tới một đích cố định - kết nối quay số, GPRS cho phép các
gói dữ liệu được chèn vào một luồng kết nối thường trực. Các gói tin từ những
người sử dụng khác nhau trong một tế bào được đan xen, sao cho dung lượng
truyền dẫn “luôn có” (always-on) được chia sẻ, mà không có khe thời gian định
trước thường trực được phân bổ cho một cuộc gọi. Do đó, dung lượng có thể được
phân bổ khi cần thiết và giải phóng khi không cần.
Tốc độ truyền dữ liệu GSM là 14,4 kbit/s thông qua một kết nối cố định được
thay thế trong GPRS băng cách truy nhập vào từ 1 tới 8 khe thời gian đồng thời
chạy với dung lượng kết hợp vào khoảng 14,4 kbit/s cho mỗi khe. Tốc độ dữ liệu cụ
thể tùy thuộc vào các điều kiện vô tuyến. Dung lượng này có được đến mức nào tùy
thuộc vào các phiên bản GPRS khác nhau và các đặc tính khác nhau.