HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ

TỪ XA QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI CÔNG CỘNG

Phạm Việt Bình*,Vũ Thành Vinh*, Phạm Quốc Thịnh**

Khoa Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên*

Tóm tắt

Trong xã hội hiện đại, thông qua mạng điện thoại, người dùng có thể điều khiển thiết bị

tại gia đình như bật/tắt đèn điện, máy giặt, điều hòa. Qua việc sử dụng các cảm biến, camera,

người dùng có thể giám sát các đối tượng qua mạng điện thoại. Mặt khác, các hệ thống trên

có khả năng gọi đến số điện thoại xác định để thông báo cho người dùng tình hình khẩn cấp

khi có một sự cố xảy ra. Bài báo này trình bày về kiến trúc và những giải pháp trong quá

trình xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị từ xa. Qua thực nghiệm của chúng tôi, hệ thống đã

hoạt động chính xác và hiệu quả.

1. Giới thiệu

Ngay nay, hê thông thông tin liên lac ngay cang đóng vai trò quan trong trong xã hội loai ngươi. Đăc biêt trong nhưng thâp niên gân đây, linh vưc công nghê Điên tư - Viên thông phat triên manh mẽ tao ra bươc ngoăt quan trong trong linh vưc thông tin. Cùng vơi sư phat triên của xã hội, cac hê thông điêu khiên thiết bị điên, điên tư ứng dụng trong dân dụng ngay cang đa dang thông qua cac môi trương như hồng ngoai, Bluetooth, RF. Tuy nhiên, han chế chính của cac hê thông nay la khoảng cach truyền thông.

Bởi vây, ở cac nươc phat triên như Mỹ, Anh, Han Quôc đã phat triên va dân theo xu thế ngôi nha thông minh (intelligent house). Thông qua mang điên thoai hiên có ngươi dùng có thê điều khiên, xem cac thông tin trang thai, giam sat va tư động bao động khi có nhưng hiên tượng bất thương.

Vơi môi trương truyền thông la mang điên thoai công cộng, ngươi dùng có thê ở bất kỳ đâu cũng có thê điều khiên va giam sat cac thiết bị va ngôi nha, công sở của mình một cach an toan va chính xac.

Phân tiếp theo của bao cao sẽ trình bay về một sô khai niêm, qua trình xây dưng thư nghiêm hê thông điều khiên thiết bị qua mang điên thoai. Phân cuôi cùng sẽ đưa ra nhưng kết luân va hương phat triên trong thơi gian tơi.

2. Một số khai niệm

Vong nôi bô thuê bao

Vòng nội bộ của thuê bao la một đương hai dây cân băng nôi vơi đai cuôi. Trở khang đăc tính khoảng 500Ω đến 1000Ω (thương la 600Ω ). Một nguồn chung của đai cuôi cung cấp nguồn 48VDC cho môi vòng thuê bao. Đương Ring có điên thế –48V đôi vơi Tip. Tip được

1

nôi đất (chi nôi vơi DC) ở đai cuôi. Khi thuê bao nhấc may lam đóng tiếp điêm chuyên mach tao nên một dòng điên xấp si 20mA DC chay trong vòng thuê bao.

Hình 2.1 - Đường TIP và RING của vòng nội bộ thuê bao

Tin hiêu chuông

Tín hiêu chuông la tín hiêu do tông đai cấp cho thuê bao bị goi. Đó la tín hiêu sin tân sô 25Hz va điên ap hiêu dụng la 90V. Tín hiêu chuông được gưi đến theo dang xung, thương la 1 giây có, 2 giây không hoăc có thê thay đôi tùy tông đai.

Hình 2.2 - Tín hiệu chuông

Tin hiêu mơi quay sô (Dial Tone):

Tín hiêu mơi quay sô la tín hiêu tông dai gưi tơi khi thuê bao nhấc tô hợp băt đâu cuộc goi. Đây la tín hiêu hình sin tân sô f = 425Hz ± 25Hz, biên độ sấp xi 3V trên nền DC 4V, phat liên tục.

Hình 2.3 - Tín hiệu mời quay số

Tin hiêu bao bân (Busy Tone):

Tín hiêu nay bao cho ngươi sư dụng biết thuê bao bị goi đang trong tình trang bân hoăc trong trương hợp thuê bao nhấc may qua lâu ma không quay sô thì tông đai gưi tín hiêu bao bân nay. Tín hiêu bao bân la tín hiêu hình sin tân sô f = 425Hz ± 25Hz, biên độ khoảng 3V trên nền DC 4V ngăt quãng 0.5s có, 0,5s không.

Hình 2.4 - Tín hiệu báo bận

2

Tin hiêu hôi âm chuông (Ring Back Tone):

La tín hiêu tông đai cấp cho thuê bao goi khi tín hiêu chuông đang được cung cấp cho thuê bao bị goi. Tín hiêu hồi âm chuông la tín hiêu hình sin tân sô f = 425Hz ± 25Hz, biên độ khoảng 3V trên nền DC 4V ngăt quãng 1s có, 2s không.

Hình 2.5 - Tín hiệu hôi âm chuông

Goi sai sô:

Nếu ban goi nhâm một sô ma sô đó không tồn tai thì ban sẽ nhân được một tín hiêu xung có chu kỳ 1s va tân sô tư 200Hz đến 400Hz, hoăc đôi vơi cac hê thông điên thoai ngay nay ban sẽ nhân được câu thông bao băng lơi nói “ Số máy qúy khách vừa gọi không có thực, mời qúy khách kiểm tra lại hoặc gọi số 151”.

Nhân dang thuê bao goi nhâc may:

Tông đai nhân dang trang thai của thuê bao thông qua sư biến đôi tông trở mach vòng của đương dây. Khi thuê bao ở trang thai gac may thì tông trở của đương dây vô cùng lơn (hở mach). Khi thuê bao nhất may điên trở mach vòng khoảng tư 150 đến 1500 (thương la 600 ). Tông đai nhân biết được sư thay đôi nay thông qua bộ cảm biến trang thai đương dây thuê bao.

MT8880:

MT8880 la một vi mach thu phat DTMF(Dual Tone Multi Frequency) tron bộ kem theo một bộ loc thoai (Call Progres Filter). Bộ thu DTMF sư dụng phương phap biến đôi D/A cho ra tín hiêu DTMF chính xac, ít nhiêu. Cac bộ đếm bên trong giup hình thanh chế độ Brust Mode. Nhơ vây cac căp tone xuất ra vơi thơi hăng chính xac. Bộ loc thoai Call Progress cho phep xư ly phân tích cac tone trang thai đương đây. Bus chuân của nó thích hợp vơi ho Motorola.

Hình 2.6 Sơ đô khối vi mạch MT8880

3

3. Hệ thống điều khiển thiêt bi qua mang điện thoai công cộng

Hê thông điều khiên qua mang điên thoai công cộng được thiết kế va xây dưng trong bao cao nay có tính năng điêu khiên bât/tăt va có phản hồi băng âm thanh cho cac thiết bị dân dụng như may bơm, bình nươc nóng, nồi cơm điên va may giăt.

*) Sơ đồ khối

Dươi đây, chung tôi trình bay sơ đồ khôi của hê thông điều khiên bât/tăt thiết bị điên, điên tư va phản hồi trang thai

Hình 3.1 Minh họa sơ đô khối hệ thống điều khiển thiết bị qua mạng PSTN

Khôi cảm biến chuông:

Khôi cảm biến chuông được măc song song vơi hai đương dây TIP va RING của thuê bao. Khi tông đai cấp tín hiêu chuông cho may điên thoai thuê bao, thì khôi nay có nhiêm vụ nhân biết tín hiêu chuông.

Khôi kết nôi thuê bao:

Khi tông đai cấp tín hiêu chuông cho thuê bao, thì khôi cảm biến chuông nhân biết được tín hiêu chuông va đưa đến khôi xư ly trung tâm. Khôi xư ly trung tâm điều khiên khôi kết nôi thuê bao, luc nay khôi kết nôi thuê bao có vai trò la đóng tải giả cho thuê bao, đê tông đai cho thông thoai giưa thuê bao goi vơi thuê bao bị goi. Khi khôi nay được tac động, điên trở vòng của thuê bao giảm xuông va tao nên động tac nhấc may.

Khôi thu và giải mã DTMF:

Khôi nay được xây dưng bởi vi mach MT8880, khi tông đai cho thông thoai giưa 2 thuê bao, nếu trên đương dây thuê bao có xuất hiên tín hiêu tone, thì khôi nay sẽ nhân va giải mã chung ra thanh 4 bit. Tín hiêu tone có hai dãy sô: Một dãy có tân sô tư 697 Hz đến 941 Hz còn dãy kia có tân sô tư 1209 Hz đến 1633 Hz. Cả hai dãy tân sô nay đều năm trong dãy thông thoai. Khi một căp tân sô nao theo chuân DTMF xuất hiên cô định trên dây thuê bao thì khôi nay có nhiêm vụ giải mã thanh 4 bit tương ứng. Khôi xư ly trung tâm sẽ kiêm tra điều nay hoăc khôi có nhiêm vụ bao cho nó biết đê đoc kết quả đưa vao xư ly va hiên thị.

4

Khôi giao tiếp và điều khiển thiết bị:

Khôi giao tiếp va điều khiên thiết bị hay còn goi la khôi công suất. Khôi nay sư dụng vi mach ULN2803, có nhiêm vụ phôi hợp trở khang giưa vi xư ly va thiết bị. Khi nhân được lênh tăt/mở của khôi xư ly trung tâm thì khôi công suất sẽ cho phep kết nôi tải

Khôi xử lý âm thanh:

Do tín hiêu âm tân tư khôi xư ly trung tâm có biên độ nho nên không thê đưa trưc tiếp lên đương dây điên thoai. Khôi xư ly âm thanh có nhiêm vụ khuếch đai tín hiêu âm tân nay trươc khi nó được đưa lên đương điên thoai tơi ngươi điều khiên.

Khôi xử lý trung tâm:

Khôi xư ly trung tâm sư dụng chíp PIC16F877A đê điều khiên toan bộ hê thông. Khôi nay có nhiêm vụ kiêm tra tín hiêu chuông, điều khiên kết nôi, hiên thị, đoc dư liêu tư MT8880, kiêm tra va so sanh mã lênh thu được, đê quyết định gưi tín hiêu điều khiên tơi khôi công suất bât tăt thiết bị điên, ngăt kết nôi thuê bao.

*) Sơ đô ngữ cảnh hê thông:

Hình 3.2. Sơ đô ngữ cảnh hệ thống

*) Hoat đông cua hê thông: Giả sư hê thông đã được thiết lâp trươc la sẽ tư động kết nôi sau 5 hồi chuông. Ngươi điều khiên thưc hiên một cuộc goi bình thương tơi thuê bao có hê thông điều khiên đã kết nôi. Sau năm hồi chuông nếu không ai nhấc may hê thông sẽ tư động đóng tải giả kết nôi thuê bao. Ngươi điều khiên sẽ nghe thấy tín hiêu âm thanh phản hồi yêu câu nhâp mât mã truy câp hê thông điều khiên. Nếu nhâp sai hê thông sẽ thông bao băng âm thanh quy định trươc, yêu câu ngươi điều khiên nhâp lai, sau 3 lân nhâp sai liên tiếp hê thông tư động ngăt kết nôi kết thuc thông thoai. Nếu nhâp đung, hê thông sẽ trả về âm thanh thông bao yêu câu nhâp lênh điều khiên, điều khiên thiết bị:

5

- “ #XY ”: Lênh điều khiên thiết bị. Trong đó “# “la dấu hiêu băt đâu lênh, “X” la mã xac định thiết bị cân điều khiên(1 la thiết bị 1, 2 la thiết bị 2…), Y la mã điều khiên(0 tương đương vơi tăt thiết bị, 1 tương đương vơi mở thiết bị).

- “*X” : Lênh kiêm tra trang thai thiết bị. Trong đó “*” dấu hiêu băt đâu lênh, “X” la mã xac định thiết bị cân kiêm tra trang thai.

- “*#” : Lênh kết thuc điều khiên, ngăt kết nôi thuê bao.

*)Lưu đô giải thuât cua hê thông:

Lưu đô chương trinh chinh:

Hình 3.3. Lưu đô chương trình chính hệ thống

6

Lưu đô chương trinh con:

(a) (b)

Hình 3.4. a) Lưu đô chương trình con điều khiển thiết bị; b) và chương trình con kiểm tra trạng thái thiết bị

4. Thực nghiệm

Chung tôi đã thiết kế va xây dưng hê thông có cac cấu hình va tính năng như sau:

Cấu hình hệ thống:

- Khôi xư trung tâm la chíp PIC16F877A.

- Khôi cảm biến chuông sư dụng opto 4N35.

- Khôi giải mã DTMF sư dụng MT8880C.

- Khôi kết nôi thuê sư dụng relay OMRON, 5A đê đóng/mở tải.

7

- Khôi hiên thị sư dụng LCD16*2.

- Khôi công suất sư dụng ULN2803.

- Khôi xư ly âm thanh sư dụng vi mach khuếch đai thuât toan TL084.

Tính năng của hệ thống

- Bât/tăt thiết bị có phản hồi âm bao

- Thông bao trang thai thiết bị đang bât hay tăt

Môt sô hinh ảnh minh hoa:

Hình 4.1. Hình ảnh thiết bị test thực tế

Hình 4.2 Hiển thị người thiết kế ơ màn hình khơi động

Hình 4.4- Màn hình chờ điều khiển

8

Hình 4.5 - Màn hình yêu câu nhập mạt mã truy cập hệ thống

Hình 4.6 Màn hình yêu câu nhập lệnh điều khiển

5. Kêt luận

Trong cuộc sông hiên đai đi cùng vơi nhưng đòi hoi ngay cang cao của con ngươi, cac thiết bị thông minh, hưu ích ngay cang phat triên. Nhưng ê thông điều khiên, giam sat va tư động bao động qua mang điên thoai sẽ trở thanh một xu thế tất yếu. Trong thơi gian tơi chung tôi sẽ phat triên ứng dụng cho mang điên thoai cô định không dây, va truyền hình ảnh giam sat tơi cac thiết bị đâu cuôi đê ngươi dùng có thê an tâm trong viêc đảm bảo an toan cho cac thiết bị điên, điên tư ở gia đình va nơi lam viêc

Lời cảm ơn

Nhóm nghiên cứu xin được cảm ơn cac can bộ phòng thưc hanh Điên tư & Kỹ thuât sô của Bộ môn Điên tư - Viên thông thuộc Khoa công nghê thông tin đã tao điều kiên về trang thiết bị đê chung tôi thư nghiêm đề tai nay.

Tài liệu tham khảo[1] Pham Viêt Bình, Vũ Thanh Vinh, Pham Quôc Thịnh, “Hệ thống điều khiển thiết bị từ

xa qua mạng điện thoại công cộng”, tai Hội thảo khoa hoc quôc gia về Ưng dụng

CNTT & TT trong hoat động đao tao, NCKH va quản ly điều hanh tai trương đai hoc,

Thai Nguyên, 7/12/2007

[2] Whitham D.Reeve , Bao hiêu va truyền dân sô của mach vòng thuê bao, NXB Giao

Dục, 1997

[3] Pham Minh Viêt, Nguyên Hoang Hải, Thiết kế mach đâu cuôi viên thông, NXB

KHKT Ha Nội 2001

[4] Ngô Diên Tâp, Vi điều khiên trong đo lương va điều khiên, NXB KHKT

[5] http://www.picvietnam.com

[6] http://www.dientuvietnam.net

[7] http://www.diendandientu.com

9