TRƯỜNG CAO ĐẲ NG CNTT H Ữ U NGH Ị VI Ệ T HÀN KHOA CÔNG NGH Ệ ĐIỆ N T Ử - VI Ễ N THÔNG TÓM T ẮT ĐỒ ÁN T Ố T NGHI Ệ P NGÀNH CÔNG NGH Ệ K Ỹ THU Ậ T ĐIỆ N T Ử , TRUY Ề N THÔNG ĐỀ TÀI: ĐIỀ U KHI Ể N THI Ế T B Ị ĐIỆ N TRONG PHÒNG THÔNG QUA H Ệ TH Ố NG BLUETOOTH SVTH : Lê Huy L ớ p : CCVT15A Niên Khóa : 2015 - 2018 CBHD : ThS Dƣơng Hữ u Ái Đà Nẵng, tháng 06 năm 2018 1 L ỜI NÓI ĐẦ U Trong nh ữ ng năm qua, khoa h ọ c máy tính và x ử lý thông tin có nh ữ ng bư ớ c ti ế n vư ợ t b ậ c và ngày càng phát tri ể n m ạ nh m ẽ Đ ặ c bi ệ t, s ự ra đ ờ i và phát tri ể n nhanh chóng c ủ a k ỹ thu ậ t s ố đã làm cho ngành đi ệ n t ử tr ở nên phong phú và đa d ạ ng hơn, góp ph ầ n r ấ t l ớ n trong vi ệ c đưa k ỹ thu ậ t hi ệ n đ ạ i vào m ọ i lĩnh v ự c c ủ a ho ạ t đ ộ ng s ả n xu ấ t, kinh t ế và đ ờ i s ố ng xã h ộ i T ừ nh ữ ng h ệ th ố ng máy tính l ớ n đ ế n nh ữ ng h ệ th ố ng máy tính cá nhân, t ừ nh ữ ng vi ệ c đi ề u khi ể n các máy công nghi ệ p đ ế n các thi ế t b ị ph ụ c v ụ đ ờ i s ố ng h ằ ng ngày c ủ a con ngư ờ i Công ngh ệ s ố th ự c s ự là m ộ t bư ớ c ti ế n l ớ n cho công ngh ệ hi ệ n nay V ớ i mong mu ố n áp d ụ ng công ngh ệ s ố vào th ự c ti ễ n vì v ậ y em đã chọn đề tài: “Điề u khi ể n thi ế t b ị điệ n trong phòng thông qua h ệ th ống Bluetooth” Nội dung đồ án g ồm 3 chương đượ c th ự c hi ệ n như sau: - Chương 1: Tổ ng quan v ề công ngh ệ Bluetooth - Gi ớ i thi ệ u v ề Bluetooth - L ị ch s ử ra đờ i và phát tri ể n c ủ a Bluetooth - Chương 2: Hệ th ống điề u khi ể n thi ế t b ị điệ n thông qua Bluetooth - Gi ớ i thi ệ u v ề h ệ th ố ng Bluetooth - Gi ớ i thi ệ u t ổ ng quan v ề các linh ki ệ n trong h ệ th ố ng - Sơ đồ và nguyên lý ho ạt độ ng c ủ a h ệ th ố ng - Chương 3: Thi ế t k ế và ch ế t ạo mô hình điề u khi ể n thi ế t b ị điệ n thông qua h ệ th ố ng Bluetooth - Ti ế n hành th ự c hi ện xây dưng mô hình - Hoàn t ất và đưa ra kế t qu ả 2 Do ki ế n th ứ c còn h ạ n ch ế và th ời gian tích lũy không nhiề u nên đồ án c ủ a em không th ể không tránh kh ỏ i nh ữ ng sai sót v ề m ặ t n ộ i dung l ẫ n s ả n ph ẩ m R ấ t mong nh ận đượ c s ự góp ý và thông c ả m c ủ a quý th ầ y cô 1 C HƢƠNG I: TỔ NG QUAN V Ề CÔNG NGH Ệ BLUETOOTH 1 1 T ổ ng quan Trong nh ững năm qua công ngh ệ truy ề n nh ậ n d ữ li ệ u không dây đang có những bướ c phát tri ể n m ạ nh m ẽ , góp công l ớ n trong vi ệ c phát tri ể n các h ệ th ống điề u khi ể n, giám sát t ừ xa, đặ c bi ệ t là các h ệ th ố ng thông minh Hi ệ n nay, có khá nhi ề u công ngh ệ truy ề n nh ậ n d ữ li ệ u không dâ y như RF , WIFI, Bluetooth, NFC, Trong đó , Bluetooth là m ộ t trong nh ữ ng công ngh ệ đượ c phát tri ể n t ừ lâu và luôn đượ c c ả i ti ến để nâng cao t ốc độ cũng như khả năng bả o m ậ t Trên th ị trườ ng Vi ệ t Nam hi ệ n nay có r ấ t nhi ề u s ả n ph ẩ m điề u khi ể n thi ế t b ị không dây Vi ệ c nghiên c ứ u và thi ế t k ế m ộ t b ộ s ả n ph ẩm điề u khi ể n thi ế t b ị không dây có ý nghĩa rấ t l ớn, giúp tăng thêm s ự l ự a ch ọn cho ngườ i s ử d ụ ng, góp ph ầ n phát tri ể n các h ệ th ống điề u khi ển thông minh, … 1 2 L ị ch s ử ra đờ i và phát tri ể n c ủ a công ngh ệ Bluetooth Tên g ọi Bluetooth được đặ t theo tên g ọ i c ủ a m ộ t v ị vua Đan M ạ ch – Harald Bluetooth Ông v ố n n ỗ i ti ế ng v ề kh ả năng giúp đỡ m ọi ngườ i có th ể giao ti ếp, thương lượ ng v ớ i nhau Các nhà nghiên c ứu đã dùng tên này để nh ấ n m ạ nh vi ệ c các thi ế t b ị có th ể trao đổ i, k ế t n ố i v ớ i nhau qua công ngh ệ Bluetooth Ban đầ u, Sven Mattison và Jaap Haartsen – 2 nhân viên c ủ a Ericsson (hi ệ n này là Sony Ericsson và Ericsson Mobile Platforms) đã phát triể n nh ững tính năng đầ u tiên c ủa Bluetooth vào năm 1994 Sau đó, Bluetooth Spe cial Interest Group ti ế p t ụ c tri ể n khai công ngh ệ này t ừ ngày 20/5/1999 D ầ n d ầ n, Sony Ericsson, IBM, Intel, Toshiba và Nokia cùng nhi ều công ty khác đã tham gia phát triể n công ngh ệ không dây t ầ m 2 g ầ n này nh ằ m h ỗ tr ợ vi ệ c truy ề n d ữ li ệ u qua các kho ả ng cách ng ắ n gi ữ a các thi ế t b ị di độ ng và c ố đị nh, t ạ o nên các m ạ ng cá nhân không dây Bluetooth còn đượ c g ọ i là IEEE 802 15 1 Ngày nay, Bluetooth tr ở thành m ộ t trong nh ữ ng k ế t n ố i không dây thông d ụ ng nh ấ t trên toàn th ế gi ới Năm 2006, có khoả ng 1 t ỉ ngườ i s ử d ụ ng các thi ế t b ị Bluetooth, tương đương vớ i dân s ố c ủ a Ấn Độ Cũng có tớ i 1/3 s ố lượng xe hơi mớ i s ả n xu ấ t tích h ợ p công ngh ệ này Trong s ố đó, các thiế t b ị liên quan đế n âm thanh stereo có t ốc độ phát tri ể n nhanh nh ấ t và có nhi ề u ứ ng d ụ ng nh ấ t Các th ế h ệ Bluetooth: - Bluetooth 1 0 ra đờ i tháng 7/1999 - Bluetooth 1 1 ra đời năm 2001 - Bluetooth 1 2 ra m ắ t vào tháng 11/ 2003 - Bluetooth 2 0 + ERD ra m ắ t vào tháng 11/2004 - Bluetooth 2 1 + ERD, đây chính là thế h ệ nâng c ấ p c ủ a Bluetooth 2 0 - Bluetooth 3 0 + HS ra m ắ t vào tháng 4/2009 - Bluetooth 4 0 có nhi ều đặc điể m chung v ớ i chu ẩn 3 0 nhưng khả năng truyề n d ữ li ệ u t ốc độ cao lên t ớ i 25 Mbps - Bluetooth 5 0 ra chu ẩ n Bluetooth m ớ i nh ất đượ c SIG thông qua vào ngày 7/12/2016 1 3 Khái ni ệ m Bluetooth là m ộ t công ngh ệ cho phép truy ề n thông gi ữ a các thi ế t b ị v ớ i nhau mà không c ầ n cáp và dây d ẫ n Nó là m ộ t chu ẩn điệ n t ử, điều đó có nghĩa là các hãng sả n xu ấ t mu ốn có đặ c tính này trong s ả n ph ẩ m thì h ọ ph ả i tuân theo các yêu c ầ u c ủ a chu ẩ n này cho s ả n ph ẩ m c ủ a mình Nh ữ ng ch ỉ tiêu k ỹ thu ật này đả m b ả o cho các thi ế t b ị có th ể nh ận ra và tương tác vớ i nhau khi s ử d ụ ng công ngh ệ 3 Bluetooth Ngày nay ph ầ n l ớn các nhà mày đề u s ả n xu ấ t các thi ế t b ị có s ử d ụ ng công ngh ệ Bluetooth Các thi ế t b ị này g ồm có điệ n tho ạ i di độ ng, máy tính và thi ế t b ị h ỗ tr ợ khác Công ngh ệ Bluetooth là m ộ t công ngh ệ d ự a trên t ầ n s ố vô tuy ế n và b ấ t c ứ m ộ t thi ế t b ị nào có tích h ợ p bên trong công ngh ệ này đề u có th ể truy ề n thông v ớ i các thi ế t b ị khác v ớ i m ộ t kho ả ng cách nh ất đị nh v ề c ự ly để đả m b ả o công su ấ t cho vi ệ c phát và nh ậ n sóng Công ngh ệ này thường đượ c s ử d ụng để truy ề n thông gi ữ a 2 lo ạ i thi ế t b ị khác nhau 1 4 Đặc điể m c ủ a công ngh ệ Bluetooth 4 CHƢƠNG II: HỆ TH ỐNG ĐỀ U KHI Ể N THI Ế T B Ị ĐIỆ N THÔNG QUA BLUETOOTH 2 1 Sơ đồ kh ố i h ệ th ố ng Hình 2 1 Sơ đồ kh ố i h ệ th ố ng Ch ức năng củ a các kh ố i: - Kh ố i ngu ồ n 220V: Cung c ấ p ngu ồ n cho các thi ế t b ị ho ạt độ ng - Kh ối điệ n tho ạ i: Là điệ n tho ại di độ ng (h ệ điề u hành Android) V ớ i ph ầ n m ềm đượ c l ậ p trình riêng dành cho vi ệc điề u khi ể n các thi ế t b ị điệ n - Kh ố i Arduino Uno R3: Nh ậ n tín hi ệ u t ừ kh ố i Bluetooth HC05, sau đó xử lý tín hi ệ u nh ận đượ c Tín hi ệu thu sau khi đượ c x ử lý thì đưa sang khố i th ự c hi ệ n l ệ nh - Kh ố i th ự c hi ệ n l ệ nh (Kh ối điề u khi ể n Relay, kh ố i Relay, kh ố i thi ế t b ị ): Th ự c hi ệ n các l ệ nh c ủ a b ộ x ử lý để đóng mở relay 5 2 2 Linh ki ệ n Qua tìm hi ể u v ề các h ệ th ống điề u khi ể n thông minh không dây thông qua Bluetooth và h ệ th ống điệ n trong nhà Các linh ki ệ n c ần có để th ự c hi ện bài đồ án c ủa em như sau: - Module Bluetooth HC05 - Module Arduino Uno R3 - Module gi ả m áp LM2596 - IC đệ m dòng ULN2803 - Adapter 12V2A và đế ngu ồ n 12V - Relay 5 chân (Role 12V) - Domino 2 - H ệ điều hành Android (điệ n tho ại di động có cài đặ t ph ầ n m ề m tương thích) - Đèn LED - Điệ n tr ở 1,2K - Qu ạ t t ả n nhi ệ t 12V (mô ph ỏ ng thay th ế cho các thi ế t b ị khác: ti vi, t ủ l ạnh, điề u hòa, máy gi ặt, …) 2 2 1 Module Bluetooth HC05 Hình 2 2 Module Bluetooth HC-05 6 Hình 2 3 Sơ đồ chân module Bluetooth HC-05 Ho ạt độ ng c ủ a module Bluetooth HC-05: Module Bluetooth là thi ế t b ị không dây cho phép các thi ế t b ị điệ n và các thi ế t b ị điệ n t ử có th ể giao ti ế p b ằ ng sóng vô tuy ế n trong ph ạ m vi ng ắ n và trong b ằ ng t ầ n t ừ 2,4 GHz đế n 2,485 GHz Module Bluetooth HC-05 đượ c thi ế t k ế để ho ạt độ ng trên 79 t ầ n s ố đơn lẻ khác nhau Sau khi đượ c k ế t n ố i, Bluetooth s ẽ t ự tìm ra t ầ n s ố tương thích v ới nó, sau đó nó sẽ di chuy ể n t ớ i các thi ế t b ị Bluetooth đó trong kho ả ng cách nh ất định để vi ệ c k ế t n ố i không b ị gián đoạ n V ề kho ả ng cách gi ữ a các thi ế t b ị Bluetooth thì còn ph ụ thu ộ c vào công su ấ t G ồ m 3 lo ạ i: - Lo ạ i th ứ nh ấ t có công su ấ t 100 mW s ẽ ph ủ sóng đượ c trong kho ả ng cách 100m - Lo ạ i th ứ 2 có công su ấ t 2,5 mW thì t ầ m ph ủ sóng ch ỉ kho ả ng 10m - Lo ạ i th ứ 3 có công su ấ t 1 mW ch ỉ có th ể k ế t n ố i trong ph ạ m vi 5m V ấn đề b ả o m ậ t trong Bluetooth: 7 V ề tính b ả o m ật thì Bluetooth cũng rất quan tâm vì nó cũng là 1 thi ế t b ị để truy ền thông tin Để có th ể an toàn thì khi các thi ế t b ị Bluetooth k ế t n ố i v ớ i nhau ph ả i có m ậ t kh ẩ u riêng mà ch ỉ có các thi ế t b ị được trao đổ i bi ế t m ậ t kh ẩ u này Tùy thu ộ c vào c ấ u hình Bluetooth mà các ký t ự m ậ t kh ẩ u c ủ a Bluetooth có th ể ng ắ n hay dài 2 2 2 Module Arduino Uno R3 Hình 2 4 Arduino Uno R3 Arduino UNO R3 có th ể s ử d ụng 3 vi điề u khi ể n h ọ 8 bit là ATmega8, ATmega168 và ATmega328 B ộ não này có th ể x ử lý các tác v ụ đơn gi ản như điề u khi ển đèn led nhấ p nháy, x ử lý tín hi ệ u cho xe điề u khi ể n t ừ xa, làm 1 tr ạm đo nhiệt độ - độ ẩ m và hi ể n th ị lên màn hình… Arduino UNO thườ ng dùng là 1 bo m ạch vi điề u khi ể n d ự a trên chip ATmega328P UNO có 14 chân I/O digital (trong đó có 6 chân xu ấ t xung PWM), 6 chân input analog, 1 th ạ ch anh 16 MHz, 1 c ổ ng USB, 1 jack ngu ồ n DC và 1 nút reset 8 Hình 2 5 Các ph ầ n c ứ ng c ủ a Module Arduino Uno R3 - Chân xu ấ t tính hi ệ u ra: Có t ấ t c ả 14 chân xu ấ t tín hi ệ u ra trong Arduino Uno, nh ữ ng chân có d ấ u “~” là nhữ ng chân có th ể băm xung (PWM), t ứ c là có th ể điề u khi ể n t ốc độ động cơ hoặc độ sáng c ủa đèn - IC ATmega328: là trung tâm x ử lý c ủ a bo m ạ ch Arduino IC đượ c s ử d ụ ng trong vi ệ c thu th ậ p d ữ li ệ u t ừ c ả m bi ế n, x ử lý d ữ li ệ u, xu ấ t tính hi ệu ra, … - Chân ISCP c ủ a ATmega328: Các chân ISCP c ủ a ATmega328 đượ c s ử d ụ ng cho các giao ti ế p SPI (Serial Peripheral Interface), m ộ t s ố ứ ng d ụ ng c ủ a Android có s ử d ụ ng chân này - Các chân l ấ y tín hi ệ u Analog: Có t ấ t c ả 6 chân tín hi ệ u Analog t ừ A0 t ớ i A5 9 - Chân c ấ p ngu ồ n cho c ả m bi ế n: Các chân này dùng để c ấ p ngu ồ n cho các thi ế t b ị bên ngoài như role, cả m bi ế n, RC servo, … - Các linh ki ệ n khác trên bo m ạ ch Arduino: Ngoài các linh ki ệ n đượ c li ệ t kê ở trên, Arduino Uno còn có m ộ t s ố linh ki ện đáng chú ý khác Trên bo có t ấ t c ả 4 đèn led bao gồ m 1 led ngu ồ n, 2 led TX và RX, 1 led L Các led TX và RX s ẽ nh ấ p nháy khi có d ữ li ệ u truy ề n t ừ board lên máy tính và ngượ c l ạ i thông qua c ổ ng USB Led L đượ c k ế t n ố i v ớ i chân s ố 13, led này đượ c g ọ i là Led on Board giúp ngườ i dùng có th ể th ực hành các bài đơn giả n mà không c ầ n s ử d ụ ng led bên ngoài Trong 14 chân ra c ủ a bo còn có 2 chân 0 và 1 có th ể truy ề n nh ậ n d ữ li ệ u n ố i ti ế p TTL Có m ộ t s ố ứ ng d ụ ng c ầ n s ử d ụng đế n tính năng này, ví dụ như ứ ng d ụng điề u khi ể n m ạ ch Arduino Uno qua điệ n tho ạ i s ử d ụ ng module Bluetooth HC- 05 Thêm vào đó, chân 2 và 3 cũng đượ c s ử d ụ ng cho l ậ p trình ng ắt (interrupt), đồ ng th ờ i còn m ộ t vài chân khác có th ể đượ c s ử d ụ ng cho các ch ức năng khác Hình 2 6 Sơ đồ c ấ u trúc c ủ a Arduino Uno R3 10 Có hai cách c ấ p ngu ồ n chính cho bo m ạ ch Arduino Uno: - Thông qua c ổ ng USB - Thông qua jack DC Gi ớ i h ạn điệ n áp c ấ p cho Arduino Uno là t ừ 6 – 20V Tuy nhiên gi ải điệ n áp khuyên dùng là 7 – 12V vì n ế u ngu ồ n c ấp dướ i 7V thì điệ n áp ở “chân 5V” có thể th ấp hơn 5V và mạ ch ho ạt độ ng không ổn đị nh, n ế u c ấ p ngu ồ n l ớn hơn 12V có thể gây nóng bo m ạ ch ho ặ c phá h ỏ ng Các chân ngu ồ n trên Arduino Uno: - Vin: Chúng ta có th ể c ấ p ngu ồ n cho Arduino thông qua chân này - 5V - 3,3V - GND: chân đấ t Vi điề u khi ể n ATmega 328P: Hình 2 7 Sơ đồ chân c ủa vi điề u khi ể n ATmega328P 11 2 2 3 Module gi ả m áp LM2596 Hình 2 8 Module gi ả m áp LM2596 LM2596 là module gi ả m áp có kh ả năng điề u ch ỉnh đượ c dòng ra đế n 3A LM2596 là IC ngu ồ n tích h ợp đầy đủ bên trong Khi c ấ p ngu ồ n 9V vào module, sau khi gi ả m áp ta có th ể nh ận đượ c ngu ồn 3A < 9V như 5V hay 3,3V 2 2 4 IC đệ m dòng ULN2803 2 2 5 Relay 5 chân 12V 2 2 6 CO32 Domino 2 – N ố i ngu ồ n 2 chân 2 2 7 H ệ th ố ng App Android 12 Hình 2 16 Giao di ệ n app Android k ế t n ố i v ớ i module HC-05 2 2 8 Các thi ế t b ị khác 2 3 N ạ p code cho module Arduino Uno R3 2 4 Mô t ả h ệ th ố ng và nguyên lý làm vi ệ c Hình 2 21 M ạ ch in 13 Hình 2 22 H ệ th ống điề u khi ể n thi ế t b ị điệ n trong nhà thông qua Bluetooth - K ế t n ố i các thi ế t b ị điệ n v ớ i Relay - K ế t n ố i các Relay v ớ i kh ối điề u khi ể n là bo m ạ ch Arduino Uno R3 - K ế t n ố i kh ố i thu module Bluetooth HC-05 v ới điề u khi ể n Arduino Uno R3 - K ế t n ố i thi ế t b ị module gi ả m áp LM2596 v ớ i Arduino và ULN2803 v ớ i Relay - C ấ p ngu ồ n cho các thi ế t b ị - B ật điệ n tho ại Android đả cài đặ t ph ầ n m ềm tương ứ ng - B ậ t Bluetooth c ủa điệ n tho ạ i, tìm ki ế m và k ế t n ố i v ớ i thi ế t b ị Bluetooth có tên là HC05 Nh ậ p m ậ t kh ẩ u k ế t n ối là “1234” - Sau khi đã đượ c k ế t n ối, đèn báo hiệ u c ủ a module Bluetooth HC- 05 s ẽ t ắt thông báo là đã kế t n ố i thành công - Sau khi th ự c hi ệ n xong các b ướ c trên thì ta s ẽ ti ến hành điề u khi ể n các thi ế t b ị b ằ ng các nút bi ểu tượng trên màn hình điệ n tho ạ i Android 14 - V ớ i các bi ểu tượng “bật port 1” – “bật port 8” thì các thiế t b ị tương đương sẽ đượ c b ật lên Ngượ c l ạ i, v ớ i các bi ểu tượng “tắ t port 1” – “tắ t po rt 8” thì các thiế t b ị tương đương sẽ b ị t ắ t 15 CHƢƠNG III: THIẾ T K Ế VÀ CH Ế T ẠO MÔ HÌNH ĐIỀ U KHI Ể N THI Ế T B Ị ĐIỆ N THÔNG QUA H Ệ TH Ố NG BLUETOOTH 3 1 Ch ế t ạ o mô hình Hình 3 2 Xây d ự ng mô hình 16 Hình 3 3 L ắp đặ t h ệ th ố ng vào mô hình 3 2 K ế t qu ả đạt đƣợ c - Hình 3 4 Hoàn t ấ t s ả n ph ẩ m 3 3 Ƣu và nhƣợc điể m c ủ a s ả n ph ẩ m 3 4 Đánh giá kế t qu ả th ự c hi ệ n 17 K Ế T LU Ậ N Mô hình điề u khi ể n thi ế t b ị điệ n trong phòng thông qua h ệ th ống Bluetooth đã hoạt động và đạ t k ế t qu ả t ố t Trong quá trình làm đồ án em đã tìm hiể u thêm v ề ch ức năng củ a các module s ử d ụ ng và có th ể ứ ng d ụng đượ c r ấ t nhi ề u vi ệ c trong cu ộ c s ố ng Em hi v ọ ng có th ể ứ ng d ụ ng các module và h ệ th ố ng trên vào th ự c ti ễ n cu ộ c s ố ng ch ứ không đơn thuầ n là ch ỉ trên mô hình Đồ án t ố t nghi ệ p c ủ a e m đượ c th ự c hi ện dướ i s ự c ố g ắ ng n ỗ l ự c c ủ a b ả n thân và s ự ch ỉ b ả o t ậ n tình c ủa giáo viên hướ ng d ẫ n Tuy nhiên, nh ữ ng sai sót và khuy ết điểm trong bài đồ án c ủ a em là không th ể không tránh kh ỏ i Em r ấ t mong nh ận đượ c s ự góp ý c ủ a các th ầ y cô giáo trong h ộ i đồng cũng như các bạn để đồ án c ủa em đượ c hoàn thi ện hơn
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CNTT HỮU NGHỊ VIỆT HÀN KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ- VIỄN THƠNG TĨM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG PHỊNG THƠNG QUA HỆ THỐNG BLUETOOTH SVTH : Lê Huy Lớp : CCVT15A Niên Khóa : 2015 - 2018 CBHD : ThS Dƣơng Hữu Ái Đà Nẵng, tháng 06 năm 2018 LỜI NÓI ĐẦU Trong năm qua, khoa học máy tính xử lý thơng tin có bước tiến vượt bậc ngày phát triển mạnh mẽ Đặc biệt, đời phát triển nhanh chóng kỹ thuật số làm cho ngành điện tử trở nên phong phú đa dạng hơn, góp phần lớn việc đưa kỹ thuật đại vào lĩnh vực hoạt động sản xuất, kinh tế đời sống xã hội Từ hệ thống máy tính lớn đến hệ thống máy tính cá nhân, từ việc điều khiển máy công nghiệp đến thiết bị phục vụ đời sống ngày người Công nghệ số thực bước tiến lớn cho công nghệ Với mong muốn áp dụng công nghệ số vào thực tiễn em chọn đề tài: “Điều khiển thiết bị điện phịng thơng qua hệ thống Bluetooth” Nội dung đồ án gồm chương thực sau: - Chương 1: Tổng quan công nghệ Bluetooth - Giới thiệu Bluetooth - Lịch sử đời phát triển Bluetooth - Chương 2: Hệ thống điều khiển thiết bị điện thông qua Bluetooth - Giới thiệu hệ thống Bluetooth - Giới thiệu tổng quan linh kiện hệ thống - Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống - Chương 3: Thiết kế chế tạo mơ hình điều khiển thiết bị điện thơng qua hệ thống Bluetooth - Tiến hành thực xây dưng mơ hình - Hồn tất đưa kết Do kiến thức cịn hạn chế thời gian tích lũy khơng nhiều nên đồ án em không tránh khỏi sai sót mặt nội dung lẫn sản phẩm Rất mong nhận góp ý thơng cảm quý thầy cô CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BLUETOOTH 1.1 Tổng quan Trong năm qua công nghệ truyền nhận liệu khơng dây có bước phát triển mạnh mẽ, góp cơng lớn việc phát triển hệ thống điều khiển, giám sát từ xa, đặc biệt hệ thống thơng minh Hiện nay, có nhiều cơng nghệ truyền nhận liệu không dây RF, WIFI, Bluetooth, NFC, Trong đó, Bluetooth cơng nghệ phát triển từ lâu cải tiến để nâng cao tốc độ khả bảo mật Trên thị trường Việt Nam có nhiều sản phẩm điều khiển thiết bị không dây Việc nghiên cứu thiết kế sản phẩm điều khiển thiết bị khơng dây có ý nghĩa lớn, giúp tăng thêm lựa chọn cho người sử dụng, góp phần phát triển hệ thống điều khiển thông minh, … 1.2 Lịch sử đời phát triển công nghệ Bluetooth Tên gọi Bluetooth đặt theo tên gọi vị vua Đan Mạch – Harald Bluetooth Ông vốn nỗi tiếng khả giúp đỡ người giao tiếp, thương lượng với Các nhà nghiên cứu dùng tên để nhấn mạnh việc thiết bị trao đổi, kết nối với qua công nghệ Bluetooth Ban đầu, Sven Mattison Jaap Haartsen – nhân viên Ericsson (hiện Sony Ericsson Ericsson Mobile Platforms) phát triển tính Bluetooth vào năm 1994 Sau đó, Bluetooth Special Interest Group tiếp tục triển khai công nghệ từ ngày 20/5/1999 Dần dần, Sony Ericsson, IBM, Intel, Toshiba Nokia nhiều công ty khác tham gia phát triển công nghệ không dây tầm gần nhằm hỗ trợ việc truyền liệu qua khoảng cách ngắn thiết bị di động cố định, tạo nên mạng cá nhân khơng dây Bluetooth cịn gọi IEEE 802.15.1 Ngày nay, Bluetooth trở thành kết nối không dây thông dụng tồn giới Năm 2006, có khoảng tỉ người sử dụng thiết bị Bluetooth, tương đương với dân số Ấn Độ Cũng có tới 1/3 số lượng xe sản xuất tích hợp cơng nghệ Trong số đó, thiết bị liên quan đến âm stereo có tốc độ phát triển nhanh có nhiều ứng dụng Các hệ Bluetooth: - Bluetooth 1.0 đời tháng 7/1999 - Bluetooth 1.1 đời năm 2001 - Bluetooth 1.2 mắt vào tháng 11/ 2003 - Bluetooth 2.0 + ERD mắt vào tháng 11/2004 - Bluetooth 2.1 + ERD, hệ nâng cấp Bluetooth 2.0 - Bluetooth 3.0 + HS mắt vào tháng 4/2009 - Bluetooth 4.0 có nhiều đặc điểm chung với chuẩn 3.0 khả truyền liệu tốc độ cao lên tới 25 Mbps - Bluetooth 5.0 chuẩn Bluetooth SIG thông qua vào ngày 7/12/2016 1.3 Khái niệm Bluetooth công nghệ cho phép truyền thông thiết bị với mà không cần cáp dây dẫn Nó chuẩn điện tử, điều có nghĩa hãng sản xuất muốn có đặc tính sản phẩm họ phải tuân theo yêu cầu chuẩn cho sản phẩm Những tiêu kỹ thuật đảm bảo cho thiết bị nhận tương tác với sử dụng công nghệ Bluetooth Ngày phần lớn nhà mày sản xuất thiết bị có sử dụng cơng nghệ Bluetooth Các thiết bị gồm có điện thoại di động, máy tính thiết bị hỗ trợ khác Công nghệ Bluetooth công nghệ dựa tần số vô tuyến thiết bị có tích hợp bên cơng nghệ truyền thơng với thiết bị khác với khoảng cách định cự ly để đảm bảo công suất cho việc phát nhận sóng Cơng nghệ thường sử dụng để truyền thông loại thiết bị khác 1.4 Đặc điểm công nghệ Bluetooth CHƢƠNG II: HỆ THỐNG ĐỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA BLUETOOTH 2.1 Sơ đồ khối hệ thống Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống Chức khối: - Khối nguồn 220V: Cung cấp nguồn cho thiết bị hoạt động - Khối điện thoại: Là điện thoại di động (hệ điều hành Android) Với phần mềm lập trình riêng dành cho việc điều khiển thiết bị điện - Khối Arduino Uno R3: Nhận tín hiệu từ khối Bluetooth HC05, sau xử lý tín hiệu nhận Tín hiệu thu sau xử lý đưa sang khối thực lệnh - Khối thực lệnh (Khối điều khiển Relay, khối Relay, khối thiết bị): Thực lệnh xử lý để đóng mở relay 2.2 Linh kiện Qua tìm hiểu hệ thống điều khiển thông minh không dây thông qua Bluetooth hệ thống điện nhà Các linh kiện cần có để thực đồ án em sau: - Module Bluetooth HC05 - Module Arduino Uno R3 - Module giảm áp LM2596 - IC đệm dòng ULN2803 - Adapter 12V2A đế nguồn 12V - Relay chân (Role 12V) - Domino - Hệ điều hành Android (điện thoại di động có cài đặt phần mềm tương thích) - Đèn LED - Điện trở 1,2K - Quạt tản nhiệt 12V (mô thay cho thiết bị khác: ti vi, tủ lạnh, điều hòa, máy giặt, …) 2.2.1 Module Bluetooth HC05 Hình 2.2 Module Bluetooth HC-05 Hình 2.3 Sơ đồ chân module Bluetooth HC-05 Hoạt động module Bluetooth HC-05: Module Bluetooth thiết bị không dây cho phép thiết bị điện thiết bị điện tử giao tiếp sóng vơ tuyến phạm vi ngắn tần từ 2,4 GHz đến 2,485 GHz Module Bluetooth HC-05 thiết kế để hoạt động 79 tần số đơn lẻ khác Sau kết nối, Bluetooth tự tìm tần số tương thích với nó, sau di chuyển tới thiết bị Bluetooth khoảng cách định để việc kết nối không bị gián đoạn Về khoảng cách thiết bị Bluetooth cịn phụ thuộc vào cơng suất Gồm loại: - Loại thứ có cơng suất 100 mW phủ sóng khoảng cách 100m - Loại thứ có cơng suất 2,5 mW tầm phủ sóng khoảng 10m - Loại thứ có cơng suất mW kết nối phạm vi 5m Vấn đề bảo mật Bluetooth: Về tính bảo mật Bluetooth quan tâm thiết bị để truyền thơng tin Để an tồn thiết bị Bluetooth kết nối với phải có mật riêng mà có thiết bị trao đổi biết mật Tùy thuộc vào cấu hình Bluetooth mà ký tự mật Bluetooth ngắn hay dài 2.2.2 Module Arduino Uno R3 Hình 2.4 Arduino Uno R3 Arduino UNO R3 sử dụng vi điều khiển họ bit ATmega8, ATmega168 ATmega328 Bộ não xử lý tác vụ đơn giản điều khiển đèn led nhấp nháy, xử lý tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm trạm đo nhiệt độ - độ ẩm hiển thị lên hình… Arduino UNO thường dùng bo mạch vi điều khiển dựa chip ATmega328P UNO có 14 chân I/O digital (trong có chân xuất xung PWM), chân input analog, thạch anh 16 MHz, cổng USB, jack nguồn DC nút reset Hình 2.5 Các phần cứng Module Arduino Uno R3 - Chân xuất tính hiệu ra: Có tất 14 chân xuất tín hiệu Arduino Uno, chân có dấu “~” chân băm xung (PWM), tức điều khiển tốc độ động độ sáng đèn - IC ATmega328: trung tâm xử lý bo mạch Arduino IC sử dụng việc thu thập liệu từ cảm biến, xử lý liệu, xuất tính hiệu ra, … - Chân ISCP ATmega328: Các chân ISCP ATmega328 sử dụng cho giao tiếp SPI (Serial Peripheral Interface), số ứng dụng Android có sử dụng chân - Các chân lấy tín hiệu Analog: Có tất chân tín hiệu Analog từ A0 tới A5 - Chân cấp nguồn cho cảm biến: Các chân dùng để cấp nguồn cho thiết bị bên role, cảm biến, RC servo, … - Các linh kiện khác bo mạch Arduino: Ngoài linh kiện liệt kê trên, Arduino Uno cịn có số linh kiện đáng ý khác Trên bo có tất đèn led bao gồm led nguồn, led TX RX, led L Các led TX RX nhấp nháy có liệu truyền từ board lên máy tính ngược lại thông qua cổng USB Led L kết nối với chân số 13, led gọi Led on Board giúp người dùng thực hành đơn giản mà không cần sử dụng led bên Trong 14 chân bo cịn có chân truyền nhận liệu nối tiếp TTL Có số ứng dụng cần sử dụng đến tính này, ví dụ ứng dụng điều khiển mạch Arduino Uno qua điện thoại sử dụng module Bluetooth HC-05 Thêm vào đó, chân sử dụng cho lập trình ngắt (interrupt), đồng thời cịn vài chân khác sử dụng cho chức khác Hình 2.6 Sơ đồ cấu trúc Arduino Uno R3 10 Có hai cách cấp nguồn cho bo mạch Arduino Uno: - Thông qua cổng USB - Thông qua jack DC Giới hạn điện áp cấp cho Arduino Uno từ – 20V Tuy nhiên giải điện áp khuyên dùng – 12V nguồn cấp 7V điện áp “chân 5V” thấp 5V mạch hoạt động khơng ổn định, cấp nguồn lớn 12V gây nóng bo mạch phá hỏng Các chân nguồn Arduino Uno: - Vin: Chúng ta cấp nguồn cho Arduino thơng qua chân - 5V - 3,3V - GND: chân đất Vi điều khiển ATmega 328P: Hình 2.7 Sơ đồ chân vi điều khiển ATmega328P 11 2.2.3 Module giảm áp LM2596 Hình 2.8 Module giảm áp LM2596 LM2596 module giảm áp có khả điều chỉnh dịng đến 3A LM2596 IC nguồn tích hợp đầy đủ bên Khi cấp nguồn 9V vào module, sau giảm áp ta nhận nguồn 3A < 9V 5V hay 3,3V 2.2.4 IC đệm dòng ULN2803 2.2.5 Relay chân 12V 2.2.6 CO32 Domino – Nối nguồn chân 2.2.7 Hệ thống App Android 12 Hình 2.16 Giao diện app Android kết nối với module HC-05 2.2.8 Các thiết bị khác 2.3 Nạp code cho module Arduino Uno R3 2.4 Mô tả hệ thống nguyên lý làm việc Hình 2.21 Mạch in 13 Hình 2.22 Hệ thống điều khiển thiết bị điện nhà thông qua Bluetooth - Kết nối thiết bị điện với Relay - Kết nối Relay với khối điều khiển bo mạch Arduino Uno R3 - Kết nối khối thu module Bluetooth HC-05 với điều khiển Arduino Uno R3 - Kết nối thiết bị module giảm áp LM2596 với Arduino ULN2803 với Relay - Cấp nguồn cho thiết bị - Bật điện thoại Android đả cài đặt phần mềm tương ứng - Bật Bluetooth điện thoại, tìm kiếm kết nối với thiết bị Bluetooth có tên HC05 Nhập mật kết nối “1234” - Sau kết nối, đèn báo hiệu module Bluetooth HC- 05 tắt thông báo kết nối thành công - Sau thực xong bước ta tiến hành điều khiển thiết bị nút biểu tượng hình điện thoại Android 14 - Với biểu tượng “bật port 1” – “bật port 8” thiết bị tương đương bật lên Ngược lại, với biểu tượng “tắt port 1” – “tắt port 8” thiết bị tương đương bị tắt 15 CHƢƠNG III: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA HỆ THỐNG BLUETOOTH 3.1 Chế tạo mơ hình Hình 3.2 Xây dựng mơ hình 16 Hình 3.3 Lắp đặt hệ thống vào mơ hình 3.2 Kết đạt đƣợc - Hình 3.4 Hồn tất sản phẩm 3.3 Ƣu nhƣợc điểm sản phẩm 3.4 Đánh giá kết thực 17 KẾT LUẬN Mơ hình điều khiển thiết bị điện phịng thơng qua hệ thống Bluetooth hoạt động đạt kết tốt Trong trình làm đồ án em tìm hiểu thêm chức module sử dụng ứng dụng nhiều việc sống Em hi vọng ứng dụng module hệ thống vào thực tiễn sống không đơn mơ hình Đồ án tốt nghiệp em thực cố gắng nỗ lực thân bảo tận tình giáo viên hướng dẫn Tuy nhiên, sai sót khuyết điểm đồ án em không tránh khỏi Em mong nhận góp ý thầy giáo hội đồng bạn để đồ án em hoàn thiện