ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH
NHÀ THÔNG MINH



MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VII
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

VIII

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IX
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH 1
1.1 GIỚI THIỆU 1
1.1.1 Giới thiệu đề tài..................................................................................................1
1.1.2 Ý nghĩa khoa học của đề tài................................................................................2
1.1.3 Mục đích nghiên cứu...........................................................................................3
1.2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG 4
1.2.1 Một số ngôi nhà thông minh trong thực tế..........................................................5
1.2.2 Tiêu chuẩn của một ngôi nhà thông minh...........................................................6
1.2.3 Các công đoạn thiết kế một ngôi nhà thông minh..............................................7
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 6
2.1 XÂY DỰNG PHẦN CỨNG CỦA HỆ THỐNG 6
2.1.1 Linh kiện dùng trong mạch.................................................................................9
2.2 XÂY DỰNG PHẦN MỀM CỦA HỆ THỐNG 20
2.2.1 Cơ sở lý thuyết..................................................................................................21
2.2.2 Sơ đồ khối của hệ thống....................................................................................22
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH
3.1

3.2

29

MÔ HÌNH THỰC TẾ 29
KHẢO SÁT 31

CHƯƠNG 4. NHẬN XÉT 38
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN 39
5.1 KẾT LUẬN 39
5.1.1 Kết luận 1..........................................................................................................40
5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO 42
PHỤ LỤC

43


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
HÌNH 2.1 CẢM BIẾN HỒNG NGOÀI

7

HÌNH 2.2 SƠ ĐỒ CHÂN PIC16F877 7
HÌNH 2.3 CÁC CHỨC NĂNG CƠ BÃN CỦA PIC16F877 8
HÌNH 2.4 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35 9
HÌNH 2.5 MODULE SIM 900A VÀ CÁC CHÂN10
HÌNH 2.6 SƠ ĐỒ CHÂN LCD 16X2 11
HÌNH 2.7 MODULE 4 DELAY12
HÌNH 3.1 MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM VÀ ĐO NHIỆT ĐỘ. 29

HÌNH 3.2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ DÙNG MODULE SIM900.29
HÌNH 3.3 MẠCH IN . 31
HÌNH 3.3 MÔ HÌNH THỰC TẾ . 32
HÌNH 3.4 MẠCH CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI ĐƠN GIẢN .

32



DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
BẢNG 2.1: CHỨC NĂNG CÁC CHÂN SIM900A
BẢNG 2.2: CÁC LỆNH AT CHO SMS

23

11


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

GSM
SMS
RISC

Global System for Mobile Communication
Short Message Service
Reduced Instruction Set Computer


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 1/50

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÀ THÔNG MINH
1.1 Giới thiệu
“Ngôi nhà thông minh” là một cụm từ không còn xa lạ đối với nền công nghệ
phát triển hiện nay. Lúc đầu, ý tưởng được thực hiện nhờ vào tia hồng ngoại để
điều khiển từ xa, nhưng khoảng cách bị hạn chế. Về sau, nhiều nghiên cứu nhằm
cải tiến khoảng cách điều khiển mang lại nhiều thành công và có ý nghĩa thực
tiễn như điều khiển thông qua đường dây điện, đường dây điện thoại…Khi công
nghệ wireless phát triển, người ta lại nghĩ đến điều khiển qua mạng không dây
điều khiển từ xa dùng máy tính ra đời. Không dừng lại ở đó, khi mà các mạng
điện thoại đang cạnh tranh gay gắt, chiếc điện thoại trở nên vật dùng không thể
thiếu của mỗi cá nhân, người ta lại nghĩ về một chiếc điện thoại tích hợp khả
năng điều khiển từ xa.
Đi cùng xu hướng phát triển đó, tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cứu và thiết kế
hệ thống nhà thông minh”. Với đề tài này, tôi muốn sử dụng điện thoại di động
điều khiển thiết bị điện dân dụng, dùng Module Sim900A trên nền mạng GSM
để thu SMS điều khiển.
Tôi hi vọng với đề tài này sẽ làm cơ sở nghiên cứu cho các bạn khác sau này
có thể mở rộng, phát triển hơn nữa.
1.1.1 Giới thiệu đề tài:
Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học kỹ thuật,
công nghệ kỹ thuật điện tử mà trong đó đặc biệt là kỹ thuật điều khiển tự động đóng
vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp, cung
cấp thông tin ... Do đó, là một sinh viên chuyên ngành Điện tử - Viễn thông chúng
ta phải biết nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự
phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật
điện tử, tuyền thông nói riêng. Bên cạnh đó còn là sự thúc đẩy sự phát triển của nền
kinh tế nước nhà.
Như chúng ta đã biết, gần như các thiết bị tự động trong nhà máy, trong đời sống

của các gia đình ngày nay đều hoạt động độc lập với nhau, mỗi thiết bị có một quy
trình sử dụng khác nhau tuỳ thuộc vào sự thiết lập, cài đặt của người sử dụng.
Chúng chưa có một sự liên kết nào với nhau về mặt dữ liệu. Nhưng đối với hệ thống
điều khiển thiết bị từ xa thông qua tin nhắn SMS thì lại khác. Ở đây, các thiết bị

Nghiên cứu xây dựng mô hình nhà thông minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 2/50

điều khiển tự động được kết nối với nhau thành một hệ thống hoàn chỉnh qua một
một thiết bị trung tâm và có thể giao tiếp với nhau về mặt dữ liệu.
Điển hình của một hệ thống điều khiển thiết bị trong nhà từ xa thông qua tin nhắn
SMS gồm có các thiết bị đơn giản như bóng đèn, quạt máy, lò sưởi đến các thiết bị
tinh vi, phức tạp như tivi, máy giặt, hệ thống báo động… Nó hoạt động như một
ngôi nhà thông minh. Nghĩa là tất cả các thiết bị này có thể giao tiếp với nhau về
mặt dữ liệu thông qua một đầu não trung tâm. Đầu não trung tâm ở đây có thể là
một máy vi tính hoàn chỉnh hoặc có thể là một bộ xử lí đã được lập trình sẵn tất cả
các chương trình điều khiển. Bình thường, các thiết bị trong ngồi nhà này có thể
được điều khiển từ xa thông qua các tin nhắn của chủ nhà. Chẳng hạn như việc tắt
quạt, đèn điện… khi người chủ nhà quên chưa tắt trước khi ra khỏi nhà. Hay chỉ với
một tin nhắn SMS, người chủ nhà có thể bật máy điều hòa để làm mát phòng trước
khi về nhà trong một khoảng thời gian nhất định.. Ngoài ra, hệ thống còn mang tính
bảo mật. Nghĩa là chỉ có chủ nhà hay người biết mật khẩu của ngôi nhà thì mới điều
khiển được ngôi nhà này.
Từ những yêu cầu thực tế, những đòi hỏi ngày càng cao của cuộc sống, cộng với
sự hợp tác, phát triển mạnh mẽ của mạng di động nên chúng em đã chọn đề tài "
Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển thiết bị từ xa bằng điện thoại di động dùng
SMS " để đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của con người và góp phần vào sự

tiến bộ, văn minh, hiện đại của nước nhà.
1.1.2 Ý nghĩa khoa học của đề tài:
Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các thiết bị điện tử ra đời
ngày càng nhiều về chủng loại cũng như tính năng sử dụng. Bên cạnh đó nhu cầu sử
dụng các thiết bị một cách tự động ngày càng cao, con người ngày càng muốn có
nhiều thiết bị giải trí cũng như các thiết bị sinh hoạt với kỹ thuật và công nghệ ngày
càng cao. Có thể ở Việt nam chưa phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực này nhưng
hiện nay ở trên thế giới, nhất là các quốc gia thuộc Châu âu hay Mĩ thì mô hình ngôi
nhà tự động được điều khiển từ xa đã phát triển rất mạnh mẽ.
Từ những nhu cầu thực tế đó, tôi muốn đưa một phần những kỹ thuật hiện đại
của thế giới áp dụng vào điều kiện thực tế trong nước để có thể tạo ra một hệ thống
điều khiển thiết bị trong nhà từ xa thông qua tin nhắn SMS nhằm đáp ứng nhu cầu
ngày càng cao của con người. Đề tài lấy cơ sở là tin nhắn SMS để điều khiển thiết
bị. Việc sử dụng tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị có thuận lợi là tiết kiệm chi
phí, mang tính cạnh tranh và cơ động cao (nghĩa là ở chỗ nào có phủ sóng mạng
điện thoại di động ta cũng có thể điều khiển thiết bị được). Ngoài ra, sản phẩm của

Nghiên cứu xây dựng mô hình nhà thông minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 3/50

đề tài này có tính mở, có thể áp dụng cho nhiều đối tượng khác nhau trong dân dụng
cũng như trong công nghiệp.
1.1.3 Mục đích nghiên cứu:
Đồ án được nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng những kiến
thức đã được học trong nhà trường để thiết kế, tạo ra một hệ thống “Điều khiển tự
động từ xa bằng điện thoại di động” hoàn chỉnh. Hệ thống tích hợp module nhận tin
nhắn sử dụng mạng GSM, module xử lý dữ liệu, module công suất cho các thiết bị

trong nhà. Qua xử lí, dữ liệu sẽ được gửi về thiết bị đầu cuối (mobile) của người
điều khiển để báo cho biết trạng thái của các thiết bị được điều khiển.
Hệ thống điều khiển thiết bị từ xa bằng điện thoại di động dùng tin nhắn SMS có
chức năng như sau:
 Có thể kiểm tra trạng thái của thiết bị trước khi điều khiển.
 Từ kết quả kiểm tra trạng thái, người dùng có thể dùng lệnh bằng tin nhắn để
điều khiển.
 Hệ thống sau khi nhận tin nhắn xuất lệnh điều khiển các thiết bị và tự động
báo trạng thái các thiết bị sau điều khiển.

1.2 Xây dựng hệ thống:
1.2.1 Một số ngôi nhà thông minh trong thực tế:
Ông Nguyễn Tử Quảng, Tổng giám đốc công ty Bkis, chia sẻ cách đây nhiều
năm, khi đọc thông tin về biệt thự công nghệ cao với khả năng tự điều chỉnh âm
thanh, ánh sáng... theo ý thích của tỷ phú Bill Gates, ông đã mong muốn có thể
trang bị khả năng tự động cho các căn nhà bằng công nghệ do chính Việt Nam sản
xuất.
Trong Triển lãm thành tựu kinh tế - xã hội Việt Nam và Thăng Long - Hà Nội
2010, diễn ra từ ngày 1/10 đến 6/10 tại Trung tâm triển lãm Giảng Võ - Hà Nội,
Bkav đã giới thiệu Hệ thống nhà thông minh SmartHome. Đây là một trong những
công trình công nghệ cao hoàn toàn do các kỹ sư và chuyên gia của Công ty đầu tư
phát triển công nghệ ngôi nhà thông minh Bkav SmartHome (công ty thành viên
của Bkav) nghiên cứu và sản xuất.
SmartHome kết nối sản phẩm điện tử gia dụng thành mạng thiết bị và hoạt
động theo các kịch bản khác nhau nhằm tạo môi trường sống tiện nghi, an toàn và
tiết kiệm năng lượng. Chẳng hạn, khi có người bước vào nhà, hệ thống đèn sẽ tự bật

Nghiên cứu xây dựng mô hình nhà thông minh



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 4/50

nhờ thiết bị cảm biến hồng ngoại. Đèn chiếu sáng còn có thể điều chỉnh ánh sáng,
màu sắc... theo sở thích của chủ nhân. Khi thiết bị chiếu phim hoạt động, hệ thống
đèn tự động giảm độ sáng, rèm cửa cũng tự động khép lại để tạo không khí của một
phòng chiếu phim.
1.2.2 Tiêu chuẩn của một ngôi nhà thông minh:
Với sự phát triển không ngừng của khoa học hiện đại, con người đã ngày càng
nâng cao hơn đời sống của mình và luôn mơ ước tới một cuộc sống hiện đại và tiện
nghi nhất. Chính từ những nhu cầu đó, con người đã có rất nhiều sáng tạo phục vụ
cho cuộc sống của bản thân họ và cho toàn xã hội. Và ý tưởng cho “ngôi nhà thông
minh” cũng xuất phát từ nhu cầu thực tiễn như vậy. Những công nghệ phục vụ cho
ngôi nhà mơ ước đã có từ rất lâu nhưng mới gần đây mới được đưa ra công bố rộng
rãi. Có rất nhiều công ty đã đưa ra giải pháp cho hệ thống ngôi nhà thông minh
nhưng nói chung, tất cả đều hướng đến các tiêu chuẩn sau đây:
 Tự động hoá hoạt động của ngôi nhà.
 Đảm bảo an ninh, an toàn cho ngôi nhà.
 Đem lại sự thoải mái cho người sử dụng
 Cung cấp các dịch vụ giải trí chất lượng cao.
 Cung cấp khả năng giám sát, điềukhiểntừ xa.
 Tăng hiệu suất các hệ thống, giảm điện năng tiêu thụ.
1.2.3 Các công đoạn thiết kế một ngôi nhà thông minh:
 Xác định những tính năng mà bạn muốn có cho ngôi nhà mình. Và bạn lựa
chọn cho mình một trong rất nhiều công nghệ nhà thông minh hiện nay.
 Xây dựng phần cứng của hệ thống
 Xây dựng phầ mềm của hệ thống.

Nghiên cứu xây dựng mô hình nhà thông minh



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 5/50

CHƯƠNG 2. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
2.1 Xây dựng phần cứng của hệ thống:
2.1.1 Linh kiện dùng trong mạch.
2.1.1.A Cảm biến hồng ngoại:
 Cảm biến hồng ngoại có khả năng thích nghi với môi trường ,có một cặp
truyền và nhận tia hồng ngoại.
 Tia hồng ngoại phát ra một tần số nhất định, khi phát hiện hướng truyền có
vật cản( mặt phản xạ), phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau khi so sánh, đèn
màu xanh sẽ bật lên, đồng thời đầu cho tín hiệu đầu ra(một tín hiệu bậc thấp).
 Khoảng cách làm việc hiệu quả là 2-5m.Điện áp làm việc là 3,3-5V.
 Có thể sử dụng trong robot tránh trướng ngại vật, xe tránh trướng ngại vật và
dò đường.
Thông số kỹ thuật:
Bộ so sánh sử dụng LM393, làm việc ổn định.
Điện áp làm việc: 3.3V - 5V DC.
Khi bật nguồn, đèn báo nguồn màu đỏ sáng.
Lỗ vít 3 mm, dễ dàng cố định, lắp đặt.
Kích thước: 3.2cm * 1.4cm
Các mô-đun đã được so sánh điện áp ngưỡng thông qua chiết áp, nếu sử dụng ở chế
độ thông thường, xin vui lòng không tự ý điều chỉnh chiết áp.
Cổng giao tiếp:
 VCC: điện áp chuyển đổi từ 3.3V đến 5V (có thể được kết nối trực tiếp đến
vi điều khiển 5V và 3.3V)
 GND: GND ngoài
 OUT: đầu ra kỹ thuật số (0 và 1)


Nghiên cứu xây dựng mô hình nhà thông minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 6/50

Hình 2.1 Cảm biến hồng ngoại.
(nguồn :dientu.vn)
2.1.1.B PIC16F877A
 Đây là dòng điều khiển khá phổ biến, đầy đủ các chức năng, phù hợp với các
ứng dụng cơ bản.
 PIC 16F877A là loại vi điều khiển 8bit tầm trung của hãng microchip.
 PIC 16F877A có kiến trúc Havard, sử dụng tập lệnh kiểu RISC (Reduced
Instruction Set Computer) với chỉ 35 lệnh cơ bản.
 Tất cả các lệnh được thực hiện trong một chu kì lệnh ngoại trừ các lệnh rẽ
nhánh.
 Sơ đồ chân với chip loại cắm 40 chân

Nghiên cứu xây dựng mô hình nhà thông minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 7/50

Hình 2.2 Sơ đồ chân PIC16F877A
(Nguồn:linhkiendientu.com)
Các chức năng cơ bản:

Hình 2.3: các chức năng cơ bản của PIC16F877A


Nghiên cứu xây dựng mô hình nhà thông minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 8/50

2.1.1.C Cảm biến nhiệt độ LM35:





LM35 là một cảm biến nhiệt độ analog
Nhiệt độ được xác định bằng cách đo hiệu điện thế ngõ ra LM35
Đơn vị đo nhiệt độ: độ C
Nhiệt độ thay đỗi tuyến tính : 10mV/1 độ C.

Hình 2.4 Sơ đồ chân LM35
(Nguồn:linhkiendientu.com)
 LM35 không phải canh chỉnh nhiệt độ khi sử dụng
 Độ chính xác thực tế:1/4 độ C ở nhiệt độ phòng và ¾ độ C ở nhiệt độ ngoài
trời.
 LM35 có hiệu năng cao và hiệu suất tiêu thụ là 60mA.
 Cảm biến LM35 hoạt động bằng cách cho ra một trị hiệu điện thế nhất định
tại chân Vout.
 1 độ C tương đương với Vout=10mV
2.1.1.D module sim900A.

Nghiên cứu xây dựng mô hình nhà thông minh



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 9/50







Với chức năng nghe gọi, gửi- nhận tin nhắn SMS
Mức điện áp hoạt động 5VDC.
Dòng khuyến nghị : >2A
Giao diện: TTL
Sơ đồ chân:







VCC: nguồn 5V
TXD: chân truyền Uart TX
RXD: chân nhận Uart RX
Headphone: chân phát âm thanh
Microphone: chân nhận âm thanh
GND: chân nối đất.

Hình 2.5 Module sim900A và sơ đồ chân

(Nguồn: linhkiendientu.vn)

Nghiên cứu xây dựng mô hình nhà thông minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 10/50

Bảng 2.1: Chức năng các chân SIM900A.
Tên
VBAT

I/O

BACKUP

I/O

CHG_IN

I

GND
PWRKEY

I

Mô tả
Có năm chân VBAT dùng để cung cấp
nguồn hoạt động cho module


MIC1P
MIC1N
MIC2P
MIC2N
SPK1P
SPK1N
SPK2P
SPK2N
BUZZER
AGND

I

Đặc tính điện
Vmax= 4.5V
Vmin=3.4V
Vnorm=4.0V
Ngõ vào nguồn cho bộ thời gian thực của Vmax=2.0V
module khi không có nguồn chính. Và
Vmin=1.2V
cung cấp một dòng ra dành cho nguồn dự Vnorm=1.8V
trữ khi có nguồn chính,để tiết kiệm năng Inorm= 20uA
lượng của nguồn dự trữ.
Nguồn cung cấp cho bộ sạc pin của
Vmax=5.25V
module. Đồng thời giúp cho module nhận Vmin=1.1
ra bộ sạc.
*VBAT
Vnorm=5.1V

Chân nối đất dành cho các ứng dụng số.
Ngõ vào dùng để mở và tắt nguồn chính VILmax=0.3*V
của module. Chân này được nối với một BAT
nút nhấn. Để mở và tắt nguồn của
VIHmin=0.7*V
module,phải nhấn nút nhấn để giữ chân
BAT
này ở mức thấp trong một khoảng thời gian VImax=VBAT
ngắn.
Ngõ vào của microphone 1.

I

Ngõ vào của microphone 2.

O

Ngõ ra của loa 1.

O

Ngõ ra của loa 2.

O

DISP_D0

I/O

DISP_CLK


O

Ngõ ra dành cho còi báo.
Chân nối đất dành cho các ứng dụng tương
tự.
Ngõ vào ra để kiểm tra đường truyền dữ VILmin=0V
liệu.
VILmax=0.9
Ngõ ra kiểm tra xung Clock.

Nghiên cứu xây dựng mô hình nhà thông minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 11/50

DISP_A0

O

DISP_EN

O

KCOL0~KC I/O
OL4
KROW0~KR
OW4


Ngõ ra kiểm tra dữ liệu và địa chỉ (có thể
được lựa chọn bằng phần mềm).
Ngõ ra cho phép hiển thị.

Các ngõ vào ra dành cho phím bấm,bảng
nút nhấn.

Các ngõ vào ra với mục đích chung.
NETLIGHT O
Ngõ ra cho biết trạng thái hoạt động của
module GSM.
STATUS
O
Ngõ ra cho biết các trạng thái hoạt động
của các ứng dụng khác có trong module.
GPIO5
I/O
Ngõ vào ra dùng chung cho các mục đích
GPIO32
khác.

VIHmin=2.0
VIHmax= 3.2
VOLmin=GND
VILmin=0V
VOLmax=0.2V
VILmax=0.9
VIHmin=2.0
VIHmax= 3.2
VOLmin=GND

VOLmax=0.2V
VOHmin=2.7
VOHmax=2.9
VILmin=0V
VILmax=0.9
VIHmin=2.0
VIHmax= 3.2
VOLmin=GND
VOLmax=0.2V
VOHmin=2.7
VOHmax=2.9

Port nối tiếp 1
DTR
I
Ngõ vào cho biết giao tiếp đã sẵn sàng. VILmin=0V
RXD
I
Ngõ vào nhận dữ liệu,
VILmax=0.9
TXD
O
Ngõ ra truyền dữ liệu.
VIHmin=2.0
RTS
I
Ngõ vào yêu cầu gửi dữ liệu.
VIHmax= 3.2
CTS
O

Sẵn sàng để gửi dữ liệu.
VOLmin=GND
RI
O
Ngõ ra cho biết trạng thái hoạt động.
VOLmax=0.2V
DCD
O
Ngõ ra cho biết dữ liệu đã được gửi đi.
VOHmin=2.7
Port nối tiếp 2
DEBUG_TX O
Port dùng để sửa lỗi và giao tiếp bằng tập VOHmax=2.9
DEBUG_RX I
lệnh AT.
Các chân dành cho Sim card
VSIM
O
Nguồn cung cấp cho Sim card
Có 2 loại nguồn cung cấp
1.8V và 2.85V.Được lựa
chọn bởi phần mềm.
SIM_DATA I/O
Chân truyền nhận dữ liệu với
VILmin=0V
SIM.
VILmax=0.3* VSIM

Nghiên cứu xây dựng mô hình nhà thông minh



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 12/50

SIM_CLOCK O

Xung nhịp cho SIM.

SIM_PRESE I
NCE
SIM_RESET O

Chân để nhận biết có Sim card.

Ứng dụng ADC
AUXADC1 I

TEMP_BAT

I

Chân để reset SIM.

VIHmin=0.7* VSIM
VIHmax= VSIM +0.3
VOLmin=GND
VOLmax=0.2V
VOHmin= VSIM -0.2
VOHmax= VSIM


Ngõ và dành cho mục đích
Điện áp ngõ vào từ 0chuyển đổi từ dạng tương tự sang 24V.
dạng số.
Ngõ vào cho biết nhiệt độ của
pin.

2.1.1.E LCD 16x2
Thông số kỹ thuật:
 Điện áp hoạt động: 0.3-7V
 Dòng điện cấp nguồn: 350mA-600mA
 Nhiệt độ hoạt động: 30-70 độ C

Hình 2.6 Sơ đồ chân LCD 16x2
(nguồn:dientu.vn)

Nghiên cứu xây dựng mô hình nhà thông minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 13/50

2.1.1 F module 4 delay:
Module 4 relay thích hợp cho các ứng dụng đóng ngắt điện thế cao AC hoặc
DC, các thiết bị tiêu thụ dòng lớn, module thiết kế nhỏ gọn, có opto và
transistor cách ly, kích đóng bằng mức thấp (0V) phù hợp với mọi loại MCU và
thiết kế có thể sử dụng nguồn ngoài giúp cho việc sử dụng trở nên thật linh động và
dễ dàng!
Thông số kỹ thuật:






Sử dụng điện áp nuôi 5VDC.
4 Relay đóng ngắt ở điện thế kích bằng 0V nên có thể sử dụng cho cả tín
hiệu 5V hay 3v3 (cần cấp nguồn ngoài), mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng
80mA.
Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V - 10A hoặc DC30V - 10A.Có đèn báo
đóng ngắt trên mỗi Relay

Hình 2.7 Module 4 delay
(nguồn: linhkiendientu.vn)
2.2 Xây dựng phần mềm của hệ thống:
2.2.1 Cơ sở lý thuyết:
Vấn đề điều khiển từ xa luôn là tâm điểm của các khoa học hiện nay. Với mong
muốn ứng dụng khoa học kỹ thuật của thế giới vào đời sống, họ muốn cuộc sống

Nghiên cứu xây dựng mô hình nhà thông minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 14/50

trở nên công nghệ hơn, hiện đại hơn. Nhưng kết quả nghiên cứu chỉ đang ở mức
điều khiển dùng hồng ngoại, dùng đường dây điện công nghiệp, dùng đường dây
điện thoại cố định, còn điều khiển thiết bị bằng SMS dùng Module Sim800L thì
chỉ đang ở mức nghiên cứu, chưa đưa ra sản phẩm cụ thể. Tuy nhiên, ứng dụng
về wireless đã có để tài nghiên cứu “Điều khiển thiết bị từ xa qua tin nhắn SMS
bằng máy tính” của tác giả Nguyễn Trọng Kiên và Phạm Văn Nam, sinh viên
trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật năm 2008. Trong đề tài này, hai tác giả đã sử

dụng yếu tố chính là máy tính giao tiếp với điện thoại bằng dây cáp USB
Modem để điều khiển các thiết bị điện, điện tử trong nhà như điều khiển, giám
sát và cho hiển thị được hình ảnh thông qua camera và các tính năng khác.
Tác giả đã nghiên cứu và cho đi vào các ứng dụng như: tìm hiểu các vấn đề về
truyền dữ liệu, các giao thức truyền thông, giao tiếp, phần mềm điều khiển. Hệ
thống thiết kế giao diện điều khiển trên máy bằng cách giao tiếp điện thoại với
máy tính qua USB Modem.
Sơ đồ khối của hệ thống:

Hình 2.8 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển qua máy tính
(nguồn:dientu.vn)
Với hệ thống trên, 2 tác giả đã khai thác, ứng dụng sự phát triển của mạng di
động vào thực tế, mở ra nhiều ý tưởng trong việc khai thác ứng dụng của mạng di
động. Nhưng qua tìm hiểu và nghiên cứu, tôi nhận thấy đề tài có thể được phát triển

Nghiên cứu xây dựng mô hình nhà thông minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 15/50

theo cách khắc phục những thiếu sót trên đề tài này như: hệ thống trên chỉ ứng dụng
cho những địa điểm, vị trí nào có lắp đặt máy tính hay có dùng laptop rất cồng
kềnh, phức tạp; máy tính phải được mở suốt 24/24 rất hao phí. Tuy nhiên, đề tài này
cũng là nền tản cho việc phát triển ý tưởng điều khiển thiết bị từ xa qua tin nhắn
SMS.
Tóm lại, việc nghiên cứu sử dụng tin nhắn SMS để điều khiển thiết bị hiện nay
tại Việt Nam đang còn rất mới mẻ và chưa đi vào thực tiễn ứng dụng nhiều. Hầu hết
các nghiên cứu đều là nghiên cứu tự phát của cá nhân những người hay tôi người
muốn tìm hiểu về công nghệ này, vẫn chưa phải là một hoạt động nghiên cứu mang

tính chuyên nghiệp để có thể đưa vào ứng dụng. Mặc dù vậy việc nghiên cứu vẫn có
những tôi khi tập đoàn điện lực EVN đã sử dụng công nghệ nhắn tin SMS để điều
khiển máy cắt thông qua Modem điện thoại của họ. ở Việt Nam khi GSM đã trở
thành công nghệ mà hơn 95% dân số chọn dùng, dịch vụ về SMS cũng tăng lên rất
mạnh. Điều này là một lợi thế cho việc nghiên cứu và phát triển các ứng dụng trong
điều khiển tự động hóa.
Ý tưởng thiết kế
Dùng mạng điện thoại di động của các nhà cung cấp dịch vụ như Viettel,
Mobiphone, Vinaphone… để gửi tin nhắn SMS điều khiển các thiết bị và có thể
nhận dữ liệu đáp ứng lại từ các thiết bị cho biết tình trạng hoạt động ON/OFF của
các thiết bị.
A.Tổng quan về công nghệ GSM:
GSM (Global System for Mobile communication) là hệ thống thông tin
di động số toàn cầu, là công nghệ không dây thuộc thế hệ 2G (second
generation) có cấu trúc mạng tế bào, cung cấp dịch vụ truyền giọng nói và
chuyển giao dữ liệu chất lượng cao với các băng tần khác nhau: 400Mhz,
900Mhz, 1800Mhz và 1900Mhz, được tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu
(ETSI) quy định.
Do nó hầu như có mặt khắp mọi nơi trên thế giới nên khi các nhà cung
cấp dịch vụ thực hiện việc ký kết roaming với nhau nhờ đó mà thuê bao
GSM có thể dễ dàng sử dụng máy điện thoại GSM của mình bất cứ nơi đâu.
Mặt thuận lợi to lớn của công nghệ GSM là ngoài việc truyền âm thanh
với chất lượng cao còn cho phép thuê bao sử dụng các cách giao tiếp khác rẻ
tiền hơn đó là tin nhắn SMS. Ngoài ra để tạo thuận lợi cho các nhà cung cấp
dịch vụ thì công nghệ GSM được xây dựng trên cơ sở hệ thống mở nên nó

Nghiên cứu xây dựng mô hình nhà thông minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 16/50

dễ dàng kết nối các thiết bị khác nhau từ các nhà cung cấp thiết bị khác
nhau.
Nó cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa ra tính năng roaming cho thuê
bao của mình với các mạng khác trên toàn thế giới. Và công nghệ GSM
cũng phát triển thêm các tính năng truyền dữ liệu như GPRS và sau này
truyền với tốc độ cao hơn sử dụng EDGE.
GSM hiện chiếm 85% thị trường di động với 2,5 tỷ thuê bao tại 218 quốc
gia và vùng lãnh thổ. Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể
roaming với nhau do đó những máy điện thoại di động GSM của các mạng
GSM khác nhau ở có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới.
B. Tổng quan về SMS:
SMS là từ viết tắt của Short Message Service. Đó là một công nghệ cho
phép gửi và nhận các tin nhắn giữa các điện thoại với nhau. SMS xuất hiện đầu
tiên ở
Châu Âu vào năm 1992. Ở thời điểm đó, nó bao gồm cả các chuẩn về GSM
(Global System for Mobile Communication). Một thời gian sau đó, nó phát triển
sang công nghệ wireless như CDMA và TDMA. Các chuẩn GSM và SMS có
nguồn gốc phát triển bởi ETSI (European Telecommunication Standards
Institute).
Ngày nay 3GPP (Third Generation Partnership Project) đang giữ vai trò kiểm
soát về sự phát triển và duy trì các chuẩn GSM và SMS.
Như chính tên đầy đủ của SMS là Short Message Service, dữ liệu có thể
được lưu giữ bởi một SMS là rất giới hạn. Một SMS có thể chứa tối đa là 140
byte (1120 bit) dữ liệu. Vì vậy, một SMS có thể chứa:
 160 ký tự nếu mã hóa ký tự 7 bit được sử dụng (phù hợp với mã hóa các
ký tự latin như alphatet của tiếng Anh)
 70 ký tự nếu như mã hóa ký tự 16 bit Unicode UCS2 được sử dụng
(dùng cho các ký tự không phải mã latin như chữ Trung Quốc…)

SMS dạng text hỗ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau. Nó có thể hoạt động tốt với
nhiều ngôn ngữ mà có hỗ trợ mã Unicode, bao gồm Arabic, Trung Quốc, Nhật
Bản, Hàn Quốc…
Bên cạnh gửi tin nhắn dạng text thì tin nhắn còn có thể mang dữ liệu dạng
binary. Nó cho phép gửi nhạc chuông, hình ảnh cùng nhiều tiện ích khác…tới
điện thoại khác.

Nghiên cứu xây dựng mô hình nhà thông minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 17/50

Cấu trúc một tin nhắn SMS:
Nội dung của 1 tin nhắn SMS khi được gửi đi chia làm 5 phần như sau:

Instructions to Instructions to Instructions to Instructions to Message
air interface SMSC
handset
SIM (optional) Body








Hình 2.9 Cấu trúc của 1 tin nhắn SMS
Instructions to air interface: chỉ thị dữ liệu kết nối với air interface (giao diện

không khí).
Instructions to SMSC: chỉ thị dữ liệu kết nối với trung tâm tin nhắn SMSC.
Instructions to handset: chỉ thị dữ liệu kết nối bắt tay
Instructions to SIM (optional): chỉ thị dữ liệu kết nối, nhận biết SIM.
Message body: nội dung tin nhắn SMS

Ưu điểm của SMS
Tin nhắn có thể được gửi và đọc tại bất kỳ thời điểm nào

Tin nhắn SMS có thể được gửi tới các điện thoại dù chúng đang bị tắt nguồn. Ít gây phiền phức trong khi bạn vẫn có thể giữ liên lạc với người khác.
 Được sử dụng trên các điện thoại di động khác nhau và có thể gửi cùng mạng
hoặc khác mạng đều được.
 Phù hợp với các ứng dụng wireless sử dụng cùng với nó như: chức năng SMS
được hỗ trợ 100% bởi các điện thoại sử dụng công nghệ GSM; có thể gửi nhạc
chuông, hình ảnh…; hỗ trợ chi trả các dịch vụ trực tuyến download nhạc
chuông…


Tin nhắn SMS chuỗi/tin nhắn SMS dài
Để khắc phục khuyết điểm mang lượng giới hạn dữ liệu, một mở rộng mới
ra đời đó là SMS chuỗi (SMS dài). Một SMS dạng text dài có thể chứa nhiều
hơn 160 ký tự theo chuẩn dùng trong tiếng Anh. SMS chuỗi có cơ cấu hoạt
động như sau: điện thoại di động sẽ chia tin nhắn dài ra thành nhiều phần nhỏ
và sau đó gửi các phần nhỏ này như tin nhắn SMS đơn. Khi các tin nhắn SMS
này đã được gửi tới đích hoàn toàn thì nó sẽ được kết hợp lại với nhau trên máy
di động của người nhận.
Khó khăn của SMS chuỗi là nó ít được hỗ trợ nhiều so với SMS ở các thiết bị
có sử dụng sóng wireless.
SMS center/SMSC


Nghiên cứu xây dựng mô hình nhà thông minh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 18/50

Một SMS Center (SMSC) là nơi chịu trách nhiệm luân chuyển các hoạt động
liên quan tới SMS của một mạng wireless. Khi một tin nhắn SMS được gửi đi từ
một điện thoại di động thì trước tiên nó sẽ được gửi tới một trung tâm SMS. Sau
đó, trung tâm SMS này sẽ chuyển tin nhắn này tới đích (người nhận). Một tin
nhắn SMS có thể phải đi qua nhiều hơn một thực thể mạng (netwok) (chẳng
hạn như SMSC và SMS gateway) trước khi đi tới đích thực sự của nó. Nhiệm
vụ duy nhất của một SMSC là luân chuyển các tin nhắn SMS và điều chỉnh quá
trình này cho đúng với chu trình của nó. Nếu như máy điện thoại của người
nhận không ở trạng thái nhận (bật nguồn) trong lúc gửi thì SMSC sẽ lưu trữ tin
nhắn này. Và khi máy điện thoại của người nhận mở nguồn thì nó sẽ gửi tin
nhắn này tới người nhận.
Thường thì một SMSC sẽ họat động một cách chuyên dụng để chuyển lưu
thông SMS của một mạng wireless. Hệ thống vận hành mạng luôn luôn quản lí
SMSC của riêng nó và ví trí của chúng bên trong hệ thống mạng wireless. Tuy
nhiên hệ thống vận hành mạng sẽ sử dụng một SMSC thứ ba có vị trí bên ngoài
của hệ thống mạng wireless.
Bạn phải biết địa chỉ SMSC của hệ thống vận hành mạng wireless để sử
dụng, tinh chỉnh chức năng tin nhắn SMS trên điện thoại của bạn. Điển hình
một địa chỉ SMSC là một số điện thoại thông thường ở hình thức, khuôn mẫu
quốc tế. Một điện thoại nên có một thực đơn chọn lựa để cấu hình địa chỉ
SMSC. Thông thường thì địa chỉ được điều chỉnh lại trong thẻ SIM bởi hệ
thống mạng wireless. Điều này có nghĩa là bạn không cần phải làm bất cứ thay
đổi nào cả.
SMS quốc tế

Các tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành được chia ra làm hai hạng mục
gồm tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành cục bộ và tin nhắn SMS giữa các nhà
điều hành quốc tế với nhau. Tin nhắn SMS giữa các nhà điều hành cục bộ là tin
nhắn mà được gửi giữa các nhà điều hành trog cùng một quốc gia còn tin nhắn
SMS giữa các nhà điều hành quốc tế là tin nhắn SMS được gửi giữa các nhà
điều hành mạng wireless ở những quốc gia khác nhau.
Thường thì chi phí để gửi một tin nhắn SMS quốc tế thì cao hơn so với gửi
trong nước. Và chi phí gửi tin nhắn trong nội mạng thì ít hơn so với gửi cho
mạng khác trong cùng một quốc gia <= chi phí cho việc gửi tin nhắn SMS
quốc tế.

Nghiên cứu xây dựng mô hình nhà thông minh