Đang tải... (xem toàn văn)
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU DÙNG SMARTPHONE ĐỂ MỞ KHÓA VÀ CHỐNG TRỘM CHO XE MÁY GVHD: GVCThS. Đỗ Thị Thu Dung SVTH: MSSV: 1. Đỗ Trọng Chinh 1151070006 2. Nguyễn Đình Hồng 1151070026 3. Vũ Thị Mến 1151070043 4. Nguyễn Văn Minh 1151070044 Hà Nội, 052015 MỤC LỤC Danh mục bảng biểu 2 Danh mục hình vẽ 2 Danh mục ký hiệu các chữ viết tắt 3 Lời mở đầu 4 Giới thiệu chung 5 1. Lý do chọn đề tài 5 2. Mục đích của đề tài 5 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 5 4. Hướng nghiên cứu và phát triển 5 Chương 1 Sự tương tác giữa điện thoại và các thiết bị ngoại vi 7 1.1. Tương tác qua sóng Bluetooth 7 1.2. Tương tác qua sóng vô tuyến RF 11 1.3. Tương tác qua giao tiếp hồng ngoại 12 1.4. Giao tiếp gần NFC 13 Chương 2 Phương thức hoạt động của sóng Bluetooth 15 2.1. Giới thiệu về Bluetooth 15 2.2. Cấu tạo của mạch Blutooth 16 2.3. Nguyên lý hoạt động của Bluetooth 18 2.4. Ứng dụng của Bluetooth 18 Chương 3 Sử dụng giao tiếp Bluetooth để điều khiển và làm thiết bị an ninh cho phương tiện giao thông 21 3.1. Các chức năng cần cho mạch điều khiển và chống trộm xe máy 21 3.2. Tìm hiểu về module Bluetooth HC05 21 3.3. Tìm hiểu về Chip Atmega8 25 3.4. Thiết kế và lập trình cho mạch điều khiển 32 Chương 4: Kết quả nghiên cứu và hướng phát triển của đề tài 45 4.1. Kết quả nghiên cứu 45 4.2. Hướng phát triển của đề tài 46 Kiến nghị các hướng nghiên cứu tiếp theo 47 Tài liệu tham khảo 48 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1. Các nguồn Clock tương ứng với việc thiết lập các FUSE tương ứng 26 Bảng 3.2. Sử dụng mạch RC thích hợp trong Chip 27 Bảng 3.3. 19 tín hiệu ngắt theo mức ưu tiên từ cao xuống thấp ở Atmega8 28 Bảng 3.4. Bảng trạng thái thanh ghi MCUCR 29 Bảng 3.5. Sự liên hệ giữa UBRR và tốc độ Baud 30 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Ký hiệu Bluetooth (trên điện thoại di động) 7 Hình 1.2. Mô phỏng sự kết nối giữa các thiết bị dùng Bluetooth 8 Hình 1.3. Bluetooth MDU 0001 và Bluetooth mouse 10 Hình 1.4. Lenovo IdeaPad S103t 10 Hình 1.5. Đồng hồ Citizen W700 hỗ trợ Bluetooth 11 Hình 1.6. Sử dụng sự tương tác qua sóng vô tuyến RF 11 Hình 1.7. Sử dụng sự tương tác qua giao tiếp hồng ngoại 13 Hình 1.8. Sử dụng sự tương tác qua giao tiếp gần 13 Hình 1.9. Sử dụng sự tương tác qua giao tiếp gần 14 Hình 2.1. Sơ đồ chân IC HC05 16 Hình 2.2. Module mạch thu phát sóng Bluetooth 17 Hình 3.1. Sơ đồ chân HC05 21 Hình 3.2. Module Bluetooth HC05 22 Hình 3.3. Cửa sổ giao diện giao tiếp với cổng Serial 23 Hình 3.4. Sơ đồ chân IC Atmega8 26 Hình 3.5. Mạch dao động sử dụng thạch anh ngoài 27 Hình 3.6. Thanh ghi MCUCR 29 Hình 3.7. Thanh ghi GICR 29 Hình 3.8. Thanh ghi cờ ngắt 29 Hình 3.9. Thanh ghi UCSRA 31 Hình 3.10. Thanh ghi UCSRB 31 Hình 3.11. Thanh ghi UCSRC 31 Hình 3.12. Sơ đồ nguyên lý mạch mở khóa và chống trộm 32 Hình 3.13. Khối reset 32 Hình 3.14. Khối dao động thạch anh 33 Hình 3.15. Khối nguồn 33 Hình 3.16. Khối đầu ra điều khiển 34 Hình 3.17. Khối điều khiển tự động 35 Hình 3.18. Jack cắm cho module Bluetooth HC05 35 Hình 3.19. Sơ đồ mạch in mạch mở khóa và chống trộm 35 Hình 3.20. Mạch thiết kế điều khiển mở khóa và chống trộm 36 Hình 3.21. Sơ đồ mạch nguyên lý của tag điều khiển 39 Hình 3.22. Sơ đồ mạch in của tag điều khiển 40 Hình 3.23. Mạch thiết kế của tag điều khiển 40 Hình 4.1. Phần module gắn trên xe máy 45 Hình 4.2. Phần tag điều khiển (remote) 46 DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt ISM Industrial, Scientific, Medical (band) Băng tần cho công nghiệp, khoa học và y tế BSIG (SIG) Bluetooth Special Interest Group Tổ chức gồm các công ty hàng đầu trong lĩnh vực viễn thông, máy tính và công nghiệp mạng đang phát triển công nghệ Bluetooth PC Personal Computer Máy tính cá nhân PDA Personal Digital Assistant Thiết bị hỗ trợ cá nhân RF Radio Frequency Tần số vô tuyến NFC NearField Communication Giao tiếp gần HĐH Hệ điều hành ĐTDĐ Điện thoại di động VĐK Vi điều khiển LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, điện thoại di động đã trở thành một trong những công cụ liên lạc thiết yếu của con người. Không chỉ thế, ngoài chức năng liên lạc, cùng với sự phát triển của công nghệ, sự kết nối toàn cầu, điện thoại di động còn được trang bị nhiều ứng dụng giải trí, định vị, mua sắm, thanh toán trực tuyến,…chúng gọi chung là điện thoại thông minh Smartphone. Cuộc sống hiện đại và mọi thứ sẽ trở nên tiện lợi hơn, dễ dàng hơn khi những thao tác trên được số hóa gọn nhẹ nhanh chóng và tập trung vào một vật bất ly thân của bạn là chiếc Smartphone. Điều khiển các thiết bị và tìm kiếm chúng bằng Smartphone thông qua sóng Bluetooth, một công nghệ không phải quá mới nhưng chưa được dùng nhiều trên các thiết bị ở thị trường Việt Nam hiện nay, một công nghệ mang lại lợi ích thiết thực cho người dùng. Mặt khác, để thực hiện học đi đôi với hành, áp dụng các kiến thức đã được học trên ghế nhà trường với thực tế cuộc sống, nhóm sinh viên quyết định đi sâu nghiên cứu công nghệ không dây Bluetooth của các thiết bị điện tử chạy trên nền hệ điều hành Android với chủ đề “Nghiên cứu dùng Smartphone để mở khóa và chống trộm cho xe máy”. Thực tế trong cuộc sống hiện nay, sinh viên sử dụng điện thoại di động và đi xe máy là phổ biến. Các hiện tượng mất trộm đôi khi xảy ra trong trường cũng như nơi ở làm cho sinh viên rất bức xúc với tệ nạn xã hội này vì chúng tôi đang đi học, chưa kiếm được tiền, chỉ nhờ sự chu cấp của cha mẹ. Trong chương trình học chúng tôi lại được học về các hệ thống thông tin viễn thông nên chúng tôi có ý tưởng sử dụng hệ thống thông tin viễn thông điều khiển từ xa để có thể mở khóa và chống trộm cho xe máy, bảo vệ tài sản riêng cho mỗi người. Nhóm tác giả sinh viên GIỚI THIỆU CHUNG 1. Lý do chọn đề tài Trong thực tế, sinh viên sử dụng điện thoại di động và đi xe máy là phổ biến. Các hiện tượng mất trộm đôi khi xảy ra trong trường cũng như nơi ở làm sinh viên rất bức xúc với tệ nạn xã hội này, vì chúng tôi đang đi học, chưa kiếm được tiền, chỉ nhờ sự chu cấp của cha mẹ. Trong chương trình học chúng tôi lại được học về các hệ thống thông tin viễn thông, để thực hiện học đi đôi với hành – đưa kiến thức đã được học vào đời sống thực tế nên chúng tôi có ý tưởng sử dụng hệ thống thông tin viễn thông điều khiển từ xa để có thể mở khóa và chống trộm cho xe máy, bảo vệ tài sản riêng cho mỗi người. 2. Mục đích của đề tài Cùng với sự phát triển rất nhanh của công nghệ số, đặc biệt là thiết bị smartphone đã ra đời, chúng gần như là một vật bất ly thân và là người trợ lý tuyệt vời. Vậy tại sao ta không thể biến nó như một chiếc Remote để có thể đóng mở khóa chiếc xe của bạn thật đơn giản và nhanh chóng hơn. Ý tưởng triển khai đề tài nghiên cứu khoa học này nhằm tạo ra một thiết bị giúp việc mở khóa và đảm bảo an ninh cho xe máy bằng điện thoại Smartphone tốt hơn. Nhờ vậy mà ta có thể mở khóa xe một cách dễ dàng hơn, ngay cả khi ta quên chìa khóa cũng như đánh mất chìa khóa. Hoặc trong những lúc có kẻ gian lợi dụng sự mất tập trung cảnh giác để ăn cắp xe, thì nhờ thiết bị sẽ gửi cảnh báo về cho xe, cũng như phục vụ cho công tác truy tìm kẻ gian và tìm lại xe. Ý tưởng được đề xuất ra với mục đích giúp cho cuộc sống thêm tiện lợi và an toàn hơn.. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Chúng tôi tìm hiểu về khả năng giao tiếp, khả năng hoạt động, những ứng dụng có thể sử dụng của công nghệ giao tiếp Bluetooth và các thiết bị chạy hệ điều hành Android, nhằm ứng dụng nó vào việc đóng mở khóa và chống trộm cho xe, cụ thể là xe máy. Phạm vi nghiên cứu: Chúng tôi sẽ vận dụng các kiến thức đã được học trong phạm vi ngành điện tử truyền thông. Chúng tôi sẽ nghiên cứu thiết kế mạch cơ bản, sử dụng ngôn ngữ lập trình đã học, làm báo cáo chi tiết và cũng làm ra sản phẩm mô hình thực tế. 4. Hướng nghiên cứu và phát triển Hướng nghiên cứu của đề tài là sẽ làm ra một mô hình sản phẩm thực tế, qua đó nhờ các phương pháp đo đạc, đánh giá kết quả và đem nó vào thực tế để so sánh thực nghiệm xem thiết bị có những hạn chế gì, tìm cách đưa ra giải pháp và hướng phát triển trong tương lai. Hướng phát triển trong tương lai là biến thiết bị của ta nhỏ gọn hơn, đa chức năng hơn, ổn định hơn và quan trọng là hữu ích dễ sử dụng, giá thành chi phí thấp. CHƯƠNG 1 – SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG VÀ CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI 1.1. Tương tác qua sóng Bluetooth 1.1.1. Khái niệm Bluetooth Bluetooth là công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giao tiếp với nhau trong khoảng cách ngắn, bằng sóng vô tuyến qua băng tần chung ISM (Industrial, Scientific, Medical) trong dải tần 2,40–2,48 GHz và có khả năng truyền tải giọng nói và dữ liệu. Phạm vi hoạt động của thiết bị Bluetooth là khoảng 10m. Bluetooth truyền dữ liệu với tốc độ 1 Mbps, nhanh gấp 3 và 8 lần tốc độ trung bình của cổng song song và cổng nối tiếp tương ứng. Đây là dãy băng tần không cần đăng ký được dành riêng để dùng cho các thiết bị không dây trong công nghiệp, khoa học và y tế. Bluetooth được thiết kế nhằm mục đích thay thế dây cáp giữa máy tính và các thiết bị truyền thông cá nhân, kết nối vô tuyến giữa các thiết bị điện tử lại với nhau một cách thuận lợi với giá thành rẻ. Khi được kích hoạt Bluetooth có thể tự động định vị những thiết bị khác có chung công nghệ trong vùng xung quanh và bắt đầu kết nối với chúng. Nó được định hướng sử dụng cho việc truyền dữ liệu lẫn tiếng nói. Công nghệ không dây Bluetooth là một tiêu chuẩn trong thực tế, dùng cho các thiết bị cỡ nhỏ, chi phí thấp, sóng ngắn liên kết giữa PC di động, điện thoại di động và giữa các máy tính với nhau. Bluetooth Special Interest Group (BSIG) là tổ chức gồm những công ty hàng đầu trong lĩnh vực viễn thông, máy tính và công nghiệp mạng đang cố gắng phát triển công nghệ này và cung cấp rộng rãi trên thị trường. Bluetooth là một công nghệ cho phép truyền thông giữa các thiết bị với nhau mà không cần cáp và dây dẫn. Bluetooth ít tiêu hao năng lượng và có giá thành thấp mặc dù tốc độ của nó chậm hơn khá nhiều so với mạng không dây WiFi. Apple đã trang bị chức năng hỗ trợ Bluetooth vào hệ máy Mac của mình trong nhiều năm để kích hoạt khả năng hoạt động với các thiết bị bàn phím và chuột không dây hỗ trợ Bluetooth, đồng bộ hoá dữ liệu với điện thoại di động (ĐTDĐ) và thiết bị hỗ trợ cá nhân PDA, in ấn với các máy in hỗ trợ Bluetooth và kết nối đến các thiết bị khác. Bluetooth đã phải đối mặt với cuộc chiến đang leo thang giữa các nhà sản xuất PC nhưng ngược lại, công nghệ Bluetooth là đứa con cưng của các hãng sản xuất ĐTDĐ vì đại đa số các ĐTDĐ đều có hỗ trợ Bluetooth cũng như các thiết bị headset không dây. Trong tương lai, công nghệ Bluetooth phiên bản mới sẽ tiếp tục phát triển rộng hơn ở nhiều lĩnh vực. 1.1.2. Các đặc điểm của Bluetooth Bluetooth có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu 1Mbps (do sử dụng tần số cao) mà các thiết bị không cần phải lấy trực tiếp nhau.Bluetooth hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu lên tới 720 Kbps trong phạm vi 10m. Khác với kết nối hồng ngoại (IrDA), kết nối Bluetooth là vô hướng và sử dụng dải tần 2,4 GHz trên dãy băng tần ISM. Tiêu thụ năng lượng thấp, cho phép ứng dụng được trong nhiều loại thiết bị, bao gồm cả các thiết bị cầm tay và điện thoại di động. Giá thành hạ (giá một con chip Bluetooth đang giảm dần). Khoảng cách giao tiếp cho phép: + Khoảng cách giữa hai thiết bị đầu cuối có thể lên đến 10m ngoài trời và 5m trong tòa nhà. + Khoảng cách thiết bị đầu cuối và Access point có thể lên tới 100m ngoài trời và 30m trong nhà. Dễ dàng trong việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối một ứng dụng này với một ứng dụng khác thông qua các chuẩn “Bluetooth profiles”, do đó có thể độc lập về phần cứng cũng như hệ điều hành sử dụng. Bluetooth được dùng trong giao tiếp dữ liệu tiếng nói: có 3 kênh để truyền tiếng nói là 7 kênh để truyền dữ liệu trong một mạng cá nhân. An toàn và bảo mật: được tích hợp với sự xác nhận và mã hóa. Tính tương thích cao, được nhiều nhà sản xuất phần cứng cũng như phần mềm hỗ trợ. 1.1.3. Ứng dụng của Bluetooth 1.1.3.1. Thiết bị thông minh Gồm có các loại điện thoại di động: PDA thiết bị hỗ trợ cá nhân, PC, cellphone, laptop, notebook,.. Điện thoại di động: Samsung S5620 monte, HTC legend, Puma phone…Công nghệ Bluetooth gắn sẵn trên thiết bị di động, máy tính chỉ cần cài drive nên không cần dùng cáp. Camera kỹ thuật số hay máy tính cho phép người dùng xem tivi, chụp ảnh, quay phim, nghe MF3, FM, duyệt web và email từ điện thoại, kết nối 3G, AGPS, GPS, EDGE, GPRS, HSDPA, Bluetooth và WLAN…, truyền các máy in, máy ảnh số… với nhau mà không cần nối dây. 1.1.3.2. Thiết bị truyền thanh Gồm các loại tai nghe (headset), loa và các trạm thu âm thanh… Jabra, hãng sản xuất phụ kiện cho điện thoại di động vừa ra mắt BT3030, tai nghe Bluetooth vượt trội về kiểu dáng lẫn thiết kế. Đây là sản phẩm công nghệ mới nhất của Jabra, nó được chế tạo giống như vòng thẻ đeo cổ truyền thống của lính Mỹ. BT3030 hỗ trợ chuẩn Bluetooth 2.0+ EDR (chuẩn mới nhất), HSP, HFP, A2DP và AVRCP. Ngoài ra với 6 nút nhấn rất tiện dụng để gửi và nhận cuộc gọi kết hợp điều khiển nghe nhạc và tất nhiên nó sẽ tự hạ thấp âm lượng nhạc phát khi có cuộc gọi đến. 1.1.3.3. Thiết bị truyền dữ liệu Gồm chuột, bàn phím, joystick, camera, bút kỹ thuật số, máy in, LAN access point, máy tính nhận diện khuôn mặt, bàn phím nhận diện….dùng để kết nối Internet hoặc mạng cục bộ bằng điện thoại. Nó hoạt động 100m; ngõ RS232 qua cổng COM. Tốc độ 56Kbps. Bluetooth MDU 0001 USB là thiết bị kết nối không dây sử dụng công nghệ Bluetooth class 2, vùng phủ sóng bán kính 10m; nối với PC qua USB 1.1. Tuy nhỏ như đầu ngón tay nhưng thiết bị được tích hợp gần như tất cả các chuẩn giao tiếp hiện có, ví dụ: RS232, FTP, Dial up, Fax, OBEX (chuẩn đồng bộ hóa dữ liệu cho PDA)…, nên khi lắp MDU 0001 USB vào thì vô hình trung PC của bạn biến thành một đài phát sóng. Ngược lại PC này cũng có thể dò tìm và kết nối đến tất cả máy tính, PDA đang trong vùng phủ sóng. Cắm thiết bị, cài đặt driver, khởi động lại máy là tất cả các máy tính trong bán kính 10m có thể kết nối, trao đổi dữ liệu với nhau. 1.1.3.4. Các ứng dụng nhúng Điều khiển nguồn năng lượng trong xe hơi, các loại nhạc cụ, trong công nghiệp, y tế… 1.1.3.5. Một số ứng dụng khác Do số lượng công ty tham gia vào tổ chức SIG ngày càng nhiều vì vậy số lượng các loại sản phẩm được tích hợp công nghệ Bluetooth được tung ra thị trường ngày càng nhiều, bao gồm cả các thiết bị dân dụng như tủ lạnh, lò vi sóng, máy điều hòa nhiệt độ, các loại đồ chơi,… Nhờ công nghệ Bluetooth, chiếc đồng hồ Citizen W700 này báo cho người sử dụng khi điện thoại di động của họ có cuộc gọi đến và hiển thị tất cả các thông tin thông qua một chức năng được gọi là ID. 1.2. Tương tác qua sóng vô tuyến RF. 1.2.1. Khái niệm Điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến (RF) là loại điều khiển từ xa xuất hiện đầu tiên và đến nay vẫn giữ một vai trò quan trọng và phổ biến trong đời sống. Nếu điều khiển IR chỉ dùng trong nhà thì điều khiển RF lại dùng cho nhiều vật dụng bên ngoài như các thiết bị mở cửa gara xe, hệ thống báo hiệu cho xem các loại đồ chơi điện tử từ xa thậm chí kiểm soát vệ tinh và các hệ thống máy tính xách tay và điện thoại thông minh… 1.2.2. Hoạt động Với loại điều khiển này, nó cũng sử dụng nguyên lý tương tự như điều khiển bằng tia hồng ngoại nhưng thay vì gửi đi các tín hiệu ánh sáng, nó lại truyền sóng vô tuyến tương ứng với các lệnh nhị phân. Bộ phận thu sóng vô tuyến trên thiết bị được điều khiển nhận tín hiệu và giải mã nó. Ưu điểm truyền xa hơn IR với khoảng cách khoảng 30m hoặc có thể lên tới 100m, truyền xuyên tường, kính… Khuyết điểm là bị nhiễu sóng do bên ngoài có rất nhiều các thiết bị máy móc sử dụng các tần số khác nhau. Khắc phục khuyết điểm tránh nhiễu sóng bằng cách truyền ở các tần số đặc biệt và nhúng mã kỹ thuật số địa chỉ của thiết bị nhận trong các tín hiệu vô tuyến. Điều này giúp bộ thu vô tuyến trên thiết bị hồi đáp tín hiệu tương ứng một cách chính xác. 1.3. Tương tác qua giao tiếp hồng ngoại 1.3.1. Khái niệm tia hồng ngoại (ánh sáng hồng ngoại) Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng trong khoảng từ 400.000nm đến 760.000nm, dài hơn bước sóng ánh sáng khả kiến nhưng ngắn hơn tia bức xạ vi ba. Tên “hồng ngoại” có nghĩa là “dưới mức đỏ”, màu đỏ là màu sắc có bước sóng dài nhất trong ánh sáng thường. Mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0 độ K đều phát ra tia hồng ngoại. 1.3.2. Hoạt động Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng giống như ánh sáng ( sự hội tụ qua thấu kính, tiêu cự…). Ánh sáng thường và ánh sáng hồng ngoại khác nhau rất rõ trong sự xuyên suốt qua vật chất. Có những vật chất ta thấy nó một màu xám đục nhưng với ánh sáng hồng ngoại nó trở nên xuyên suốt. Vì vật liệu bán dẫn “trong suốt” đối với ánh sáng hồng ngoại, tia hồng ngoại không bị yếu đi khi vượt qua các lớp bán dẫn để đi ra ngoài. Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu. Nó được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, lượng thông tin có thể đạt được 3Mbits. Lượng thông tin được truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ mà ta vẫn dùng. Trong kỹ thuật truyền tin bằng sợi quang dẫn không cần các trạm khuếch đại giữa chừng, người ta có thể truyền một lúc 15000 điện thoại hay 12 kênh truyền hình qua một sợi tơ quang với đường kín 0,13mm với khoảng cách 10km đến 20km. Lượng thông tin truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ mà ta vẫn dùng. Tia hồng ngoại dễ hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém. Trong điều khiển từ xa chùm hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng, do đó khi thu phải đúng hướng. 1.4. Tương tác qua giao tiếp gần NFC 1.4.1. Khái niệm NFC (NearField Communications) là công nghệ kết nối không dây phạm vi tầm ngắn trong khoảng cách 4cm, sử dụng cảm ứng từ trường để thực hiện kết nối giữa các thiết bị khi có sự tiếp xúc trực tiếp hay để gần nhau. NFC được phát triển dựa trên nguyên lý nhận dạng bằng tín hiệu tần số vô tuyến (Radio frequency identification RFID), hoạt động ở dải băng tần 13,56 MHz và tốc độ truyền tải dữ liệu tối đa 424 Kbps. 1.4.2. Ứng dụng Do khoảng cách truyền dữ liệu khá ngắn nên giao dịch qua công nghệ NFC được xem là an toàn. Thiết bị được trang bị NFC thường là điện thoại di động, có thể giao tiếp với các thẻ thông minh, đầu đọc thẻ hoặc thiết bị NFC tương thích khác. Ngoài ra, NFC còn được kết hợp nhiều công nghệ sử dụng trong các hệ thống công cộng như bán vé, thanh toán hóa đơn… CHƯƠNG 2 – PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA SÓNG BLUETOOTH 2.1. Giới thiệu về Bluetooth (công nghệ không dây Bluetooth) 2.1.1. Khái niệm Bluetooth là một công nghệ cho phép truyền thông giữa các thiết bị với nhau mà không cần dây dẫn. Nó là một chuẩn điện tử, điều đó có nghĩa là các hãng sản xuất muốn có đặc tính này trong sản phẩm thì họ phải tuân theo các yêu cầu của chuẩn này cho sản phẩm của mình. Những tiêu chuẩn kỹ thuật này đảm bảo cho các thiêt bị có thể nhận ra và tương tác với nhau khi sử dụng công nghệ Bluetooth. Ngày nay phần lớn các nhà máy đều sản xuất các thiết bị có sử dụng công nghệ Bluetooth. Các thiết bị này gồm có điện thoại di động, máy tính và thiết bị hỗ trợ cá nhân PDA (Prosonal Digital Assistant). Công nghệ Bluetooth là một công nghệ dựa trên tần số vô tuyến và bất cứ một thiết bị nào có tích hợp bên trong công nghệ này đều có thể truyền thông với các thiết bị khác với một khoảng cách nhất định về cự ly để đảm bảo công suất cho việc phát và nhận sóng. Công nghệ này thường được sử dụng để truyền thông giữa hai loại thiết bị khác nhau. Ví dụ: Bạn có thể hoạt động trên máy tính với một bàn phím không dây, sử dụng bộ tai nghe không dây để nói chuyện trên điện thoại di động của bạn hoặc bổ sung thêm một cuộc hẹn vào lịch biểu PDA của một người bạn từ PDA của bạn. 2.1.2. Lịch sử phát triển của Bluetooth Blutooth l.0 (71999): Phiên bản đầu tiên được đưa ra thị trường với tốc độ kết nối ban đầu là lMbps. Tuy nhiên, trên thực tế tốc độ kết nối của thế hệ này chưa bao giờ đạt quá mức 700Kbps Bluetooth 1.1 (2001): Đánh dấu bước phát ừiển mới của công nghệ Bluetooth trên nhiều lĩnh vực khác nhau với sự quan tâm của nhiều nhà sản xuất mới. Bluetooth 1.2 (112003): Bắt đầu có nhiều tiến bộ đáng kể. Chuẩn này hoạt động dựa trên băng tần 2,4GHz và tăng cường kết nối thoại. Bluetooth 2.0+ERD (2004): Bắt đầu nâng cao tốc độ và giảm thiểu một nửa năng lượng tiêu thụ so với trước đây. Tốc độ của chuẩn Bluetooth lên đến 2.1 Mbps với chế độ cải thiện kết nối truyền tải ERD (Enhanced datarate). Bluetooth 2.1+ERD (2004): Đây chính là thế hệ nâng cấp của Bluetooth 2.0 có hiệu năng cao hơn và tiết kiệm năng lượng hơn. Bluetooth 3.0+HS (2008): Có tốc độ truyền dữ liệu đạt mức 24Mbps bằng sóng Blutooth High Speed. Bluetooth 4.0 (30062010): Chuẩn Bluetooth mới nhất hiện nay. Bluetooth 4.0 là sự kết hợp của “Classic Bluetooth” (Bluetooth 2.1 và 3.0), “Bluetooth high speed” (Bluetooth 3.0 + HS) và “ Bluetooth low energy” Bluetooth năng lượng thấp (Bluetooth Smart Ready Bluetooth Smart). “Bluetooth low energy” là một phần của Bluetooth 4.0 với một giao thức tiêu chuẩn 2.1.3. Đặc điểm của công nghệ Bluetooth 2.1.3.1. Ưu điểm Tiêu thụ năng lượng thấp. Cho phép ứng dụng được nhiều loại thiết bị bao gồm các thiết bị cầm tay và điện thoại di động. Giá thành ngày một giảm. Khoảng cách giao tiếp cho phép giữa hai thiết bị kết nối có thể lên đến 100m. Bluetooth sử dụng băng tần 2,4GHz, tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới mức tối đa lMbps mà các thiết bị không cần phải trực tiếp nhìn thấy nhau. Dễ dàng trong việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối một ứng dụng này với một ứng dụng khác thông qua chuẩn Bluetooth, do đó có thể độc lập về phần cứng cũng như hệ điều hành sử dụng. Tính tương thích cao, được nhiều nhà sản xuất phần cứng cũng như phần mềm hỗ trợ. 2.1.3.2. Nhược điểm Khoảng cách kết nối còn ngắn so với công nghệ mạng không dây khác. Chỉ kết nối được hai thiết bị với nhau, không kết nối thành mạng. 2.2. Cấu tạo của mạch Bluetooth 2.2.1. Cấu tạo 2.2.2. Đặc điểm kỹ thuật Chuẩn Bluetooth : V2.0+EDR. Điện áp hoạt động : 3.35VDC, 30mA. Kích thước 28mm x 15mm x 2.35mm. Tần số: 2,4GHz. Tốc độ: 2.1Mbs (Max)160kbps Tốc độ baudrate mặc định: 9600, 8bit dữ liệu, lbit stop. Hỗ trợ tốc độ baud: 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400, 460800. Nhiệt độ làm việc: 20oC ~ 75oC Độ nhạy: 80dBm Module có 2 chế độ làm việc: + Kết nối truyền thông. + Đáp ứng theo lệnh: khi làm việc ở chế độ này, chúng ta có thể gửi các lệnh AT để giao tiếp và cài đặt module. 2.3. Nguyên lý hoạt động của Bluetooth Bluetooth là chuẩn kết nối không dây tầm ngắn, thiết kế cho các kết nối thiết bị cá nhân hay mạng cục bộ nhỏ trong phạm vi băng tần từ 2,4GHz đến 2,485GHz. Bluetooth được thiết kế hoạt động trên 79 tần số đơn lẻ. Khi kết nối, nó sẽ tự động tìm ra tần số tương thích để di chuyển đến thiết bị cần kết nối trong khu vực nhằm đảm bảo sự liên tục. Chế độ hoạt động: + Ở chế độ SLAVE: Bạn cần thiết lập kết nối từ Smartphone, Laptop, USB Bluetooth để dò tìm module sau đó đăng nhập với mã PIN là 1234. Sau khi đăng nhập thành công, bạn đã có một cổng nối tiếp từ xa hoạt động ở baud rate 9600. + Ở chế độ MASTER: Module sẽ tự động dò tìm thiết bị Bluetooth khác (một module Bluetooth HC06. HC05, USB Bluetooth, Bluetooth của Laptop…) và tiến hành đăng nhập chủ động mà không cần thiết lập gì từ máy tính hoặc Smartphone. Module Bluetooth HC05 được điều khiển bằng tập lệnh AT để thực hiện các tác vụ mong muốn. Để Bluetooth module chuyển từ chế độ thông thường qua điều khiển bằng lệnh AT, ta có 2 cách như sau: + Cấp nguồn cho module Bluetooth (Vcc và Gnd) đồng thời cấp mức điện áp cao (=Vcc) cho chân KEY của module Bluetooth. Khi đó giao tiếp bằng tập lệnh AT với module bằng cổng Serial (nối tiếp) (TX và RX) với baud rate là 38400 (khuyên dùng). + Cấp nguồn cho module Bluetooth trước, sau đó cấp mức điện áp cao cho chân KEY của module Bluetooth. Lúc này bạn có thể giao tiếp với module bằng tập lệnh AT với baud rate là 9600. Sau khi đăng nhập thành công với thiết bị Bluetooth khác, đèn trên module Bluetooth HC05 sẽ nhấp nháy chậm cho thấy kết nối Serial đã được thiết lập. 2.4. Ứng dụng của Bluetooth Truyền tải dữ liệu không dây giữa thiết bị di động và máy tính: Chúng ta có thể ghép nối dễ dàng Smartphonetablet với một chiếc Laptop thông qua Bluetooth nhằm mục đích gửi các tập tin qua lại. Mặc dù có thể nó không thực sự thích hợp để gửi những file nhạc dung lượng lên đến hàng trăm MB hoặc hơn nữa, nhưng Bluetooth vẫn là phương pháp thuận tiện hơn cả nếu bạn muốn gửi một vài tấm ảnh chụp cho bạn bè. Để kết nối không dây Bluetooth, hai thiết bị đều phải được kích hoạt tùy chọn Bluetooth và đặt không quá xa nhau. Sau khi đã ghép nối thành công, bạn có thể bắt đầu chọn những dữ liệu mình muốn gửi cho đối phương (ảnh, bài hát, video ngắn…), sau đó chờ đối phương chấp nhận là xong, thực sự công việc này rất đơn giản. Hiện nay, không chỉ Windows mà các hệ điều hành khác như Mac OSX và Linux cũng hỗ trợ Bluetooth. Truyền tải tập tin giữa các máy tính: Hai máy tính được kích hoạt kết nối Bluetooth cũng có thể truyền tải dữ liệu cho nhau giống như giữa máy tính và điện thoại. Với những tập tin có kích thước vừa phải, bạn sẽ không cần phải sử dụng đến các đoạn cáp kết nối nữa. Thậm chí dù 2 mẫu máy tính của người dùng có khác hệ điều hành hoặc đang sử dụng mạng kết nối riêng biệt thì cũng không ảnh hưởng đến việc truyền dữ liệu qua Bluetooth. Chia sẻ kết nối mạng qua Bluetooth: Một tính năng thú vị của Bluetooth là cho phép người dùng chia sẻ kết nối mạng internet của thiết bị này với một thiết bị khác. Thông thường, “Tethering” qua Bluetooth được sử dụng để vào mạng trên Laptop thông qua kết nối internet của Smartphone. Trường hợp này điện thoại có vai trò khá giống với modem. Cách thức chia sẻ kết nối mạng bằng Bluetooth sẽ tiêu thụ ít năng lượng hơn so với WiFi, vì vậy nó có thể là lựa chọn lý tưởng trong một số tình huống cụ thể. Kết nối các thiết bị ngoại vi: Ngày nay, Bluetooth thường được sử dụng rất nhiều để kết nối các thiết bị ngoại vi cho Smartphone, tablet hoặc Laptop. Dưới đây là một số thiết bị ngoại vi mà bạn có thể kết nối không dây qua Bluetooth. + Tai nghe: Tai nghe Bluetooth là sản phẩm đặc thù được sử dụng cực kỳ phổ biến đặc biệt khi đi kèm với Smartphone. Ghép nối tai nghe với điện thoại giúp bạn có thể sử dụng để đàm thoại trong khi lái xe và không thấy vướng víu như các mẫu tai nghe có dây trước đây. Các nút bấm tích hợp sẵn trên tai nghe cũng có chức năng trả lờigác máy, do đó bạn gần như không cần thao tác trên điện thoại nữa. + Smartwatch: Đồng hồ thông minh hiện nay đa phần cũng đều sử dụng Bluetooth hoặc NFC để kết nối với Smartphone. Từ đó, Smartwatch có thể nhận được những thông báo về tin nhắn, cuộc gọi đến, mạng xã hội từ điện thoại một cách nhanh chóng + Chuột: Chuột Bluetooth có thể hoạt động với các model Laptop, tablet và thậm chí cả Smartphone. Tuy nhiên, bạn cần lưu ý rằng chuột Bluetooth thường dùng pin và một số loại có độ trễ khá cao so với chuột có dây. + Bàn phím: bàn phím cũng có thể kết nối qua Bluetooth, trong đó đặc biệt hữu ích khi sử dụng cùng máy tính bảng. Khi dùng kết nối USB thông thường, thiết bị thường bị giới hạn số cổng nhất định, nhưng với Bluetooth bạn có thể kết nối đồng thời chuột và bàn phím không dây cực kỳ thuận tiện mà không lo thiếu cổng cắm. + Gamepad: Tay cầm chơi game là một loại thiết bị đầu vào sử dụng kết nối Bluetooth. Wiimote của Nintendo hay tay cầm của PlayStation 3 cũng đều giao tiếp với máy console thông qua Bluetooth. + Máy in: Máy in hỗ trợ Bluetooth cho phép bạn in tài liệu mà không cần tới kết nối mạng WiFi hoặc kết nối qua dây. Trang bị kết nối Bluetooth cho máy tính để bàn: Nếu bạn sở hữu một chiếc máy tính nhưng không được tích hợp phần cứng hỗ trợ Bluetooth, bạn có thể sử dụng một số thiết bị Bluetooth gắn ngoài với giá thành khá rẻ. Hầu hết các model Laptop mới đều tích hợp sẵn Bluetooth, nhưng máy tính để bàn thường thì không. Giải pháp trong tình huống này là bạn có thể mua thiết bị thuphát Bluetooth Dongle có giá bán chỉ vào khoảng 1,50 USD trên trang mạng Amazon. Cắm Dongle vào cổng USB của máy tính bàn, nó sẽ hoạt động như một bộ thuphát tín hiệu Bluetooth và cho phép máy tính của bạn có thể giao tiếp với các thiết bị khác thông qua công nghệ kết nối không dây này. Tuy nhiên, bạn cũng cần lưu ý Bluetooth tiêu tốn khá nhiều năng lượng của thiết bị. Do đó, kích hoạt Bluetooth cả ngày mà không sử dụng tới chắc chắn là một ý tưởng tồi, đặc biệt đối với các Smartphone. CHƯƠNG 3 – SỬ DỤNG GIAO TIẾP BLUETOOTH ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ LÀM THIẾT BỊ AN NINH CHO PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG 3.1. Các chức năng cần thiết kế cho mạch điều khiển và chống trộm xe máy. Vì có thể có nhiều ý tưởng cho chức năng của thiết bị nên chúng tôi đưa ra một số ý tưởng sau để thiết kế: Sử dụng module Bluetooth có khả năng phát ra Bluetooth kết hợp với chiếc Smartphone, thông qua việc truyền nhận thông tin bằng Bluetooth giữa hai thiết bị trên để điều khiển việc đóng mở khóa điện của xe và chống trộm. Thiết kế một tag (thiết bị điều khiển từ xa) dự phòng khi điện thoại hết pin dùng chuẩn giao tiếp Bluetooth. Trong phạm vi của sóng Bluetooth, khóa điện được mở và bạn có thể mở khóa cơ và đề máy chạy xe. Không có sóng Bluetooth, khóa điện trên xe tự động khóa, nếu tác động vào khóa cơ thì không thể đề máy chạy xe, đồng thời chiếc xe sẽ hú còi cảnh báo chống trộm. 3.2. Tìm hiểu về module Bluetooth HC05 Mạch giao tiếp với Smartphone dùng module Bluetooth HC05 có khả năng phát ra Bluetooth, kết hợp với chip Atmega8 để nhận dữ liệu từ module Bluetooth HC05. 3.2.1. Sơ đồ chân HC05 và module Bluetooth HC05 Phương thức hoạt động: Điện áp hoạt động: 3,3V. Module có hai chế độ làm việc (có thể lựa chọn chế độ làm việc bằng cách thay đổi trạng thái chân 34 KEY): + Tự động kết nối. + Đáp ứng theo lệnh: Khi làm việc ở chế độ này, các bạn có thể gửi các lệnh AT để giao tiếp với module. Module HC05 có thể nhận 1 trong 3 chức năng: Master, Slave, Loopback (có thể lựa chọn các chức năng bằng lệnh AT). Giao tiếp với module bằng giao tiếp nối tiếp không đồng bộ qua hai đường RX và TX, vì vậy các bạn có thể sử dụng PC với chuẩn RS232 hoặc các dòng vi điều khiển để giao tiếp. Bằng cách thay đổi trạng thái chân 34 (KEY), bạn có thể cấu hình chế độ hoạt động cho module: Để module làm việc ở chế độ kết nối tự động: KEY phải ở trạng thái Floating (trạng thái không kết nối). Để module làm việc ở chế độ đáp ứng theo lệnh: KEY = ‘0’ (kết nối xuống đất). Cấp nguồn cho module chuyển KEY = ‘1’ (kết nối lên VCC) lúc này có thể sử dụng các lệnh AT để giao tiếp. Giao tiếp với module Bluetooth HC05 sử dụng tập lệnh AT. Cài đặt phần mềm Hercules Setup Untility, sau đó mở ứng dụng, chọn Serial, giao diện giao tiếp với cổng nối tiếp sẽ hiện ra: Chúng ta cấu hình cổng vào, chế độ, khung dữ liệu, tốc độ Baud cho cổng nối tiếp. Thiết lập module HC05 hoạt động ở chế độ đáp ứng theo lệnh. Ở chế độ này, các bạn có thể cấu hình và kiểm soát module của mình. Các bạn kết nối module Bluetooth với PC bằng USB TO COMPL2303 như sau: RX (màu trắng) TX của module HC05. TX (màu xanh lá cây) RX của module HC05. VCC với 5.0. GND với GND. 3.2.2. Chế độ hoạt động: Chế độ đáp ứng theo lệnh: Ở chế độ này các bạn kết nối module với USB TO COM PL2303 như trên. Để giao tiếp bằng tập lệnh AT có 2 cách: Cách 1: Cấp nguồn trước rồi cấp chân KEY lên VCC(3.3V). Khi đó bạn có thể giao tiếp với module với baud rate bằng 9600. Cách 2: Cấp nguồn đồng thời cấp chân KEY lên VCC(3.3V). Bây giờ bạn có thể giao tiếp với module với baud rate bằng 38400. Tập lệnh giao tiếp AT: Ở khung Send các bạn nhập lệnh bắt đầu bằng AT để giao tiếp.Ví dụ: AT+NAME?0D0A Hỏi tên module. Module sẽ đáp trả bằng mã HC05 AT+PSWD?0D0A Hỏi mật khẩu của module. Mặc định mật khẩu ban đầu là 1234. Để đổi lại mật khẩu bạn dùng lệnh AT+PSWD=?0D0A. Trong đó là mật khẩu bạn muốn đặt gồm 4 kí tự. AT+ADDR ?0D0A Hỏi địa chỉ của module. Module sẽ trả lại địa chỉ. Chẳng hạn: 1003:93:12345. Đó là địa chỉ của module. AT+ROLE? 0D0A Hỏi vai trò của module. ROLE=1Master. ROLE=0Slave. Để đổi vai trò bạn chỉ cần nhập lệnh : AT+ROLE=x 0D0A với x bằng 0 hay 1 tùy thuộc bạn muốn nó hoạt động ở vai trò nào. AT+CMODE? 0D0A Hỏi chế độ kết nối tự động. Mặc định ban đầu ở chế độ tự động kết nối không địa chỉ riêng CMODE=1. Muốn đổi sang chế độ kết nối có địa chỉ riêng, dùng lệnh AT+CMODE=0 0D0A. AT+BIND? 0D0A Hỏi địa chỉ kết nối tự động khi nhận vai trò Master. Mặc định ban đầu là 0:0:0, kết nối với module Bluetooth bất kỳ. Khi muốn module chuyển sang tự động kết nối có địa chỉ riêng, bạn đổi thành: AT+BIND=:: 0D0A trong đó :: là địa chỉ ADDR của module Bluetooth khác làm Slave. 3.2.3. Cách thức giao tiếp của module HC05 với Smartphone và module Bluetooth khác. Module BT HC05 có thể nhận vai trò MASTER hay SLAVE là do người dùng thiết lập cho nó bằng cách sử dụng tập lệnh AT như trên. Vai trò Slave: Với vai trò Slave: Module không thể tự động tìm kiếm các thiết bị có ứng dụng Bluetooth. Khi đó bạn cần sử dụng điện thoại hoặc máy tính có Bluetooth để đăng nhập với module. Khi kết nối lần đầu bạn phải nhập mật khẩu để có thể kết nối với module. Mặc định mật khẩu lúc đầu là 1234. Nếu bạn đã dùng tập lệnh AT để đổi mật khẩu thì hãy nhập mật khẩu bạn đã thay đổi đó. Sau khi kết nối, điện thoại của bạn có thể tự động kết nối mà không cần phải nhập mật khẩu để giao tiếp nữa.Công cụ hỗ trợ đắc lực là bạn dùng phần mềm Bluetooth spp, bạn lên Google Play và tải ứng dụng về. Cách thức sử dụng sẽ được trình bày ở phần sau. Mặc định ban đầu module hoạt động ở chế độ Slave. Để module hoạt động giao tiếp được, bạn cần cấp nguồn cho module và để chân KEY ở trạng thái không kết nối. Vai trò Master: Để module BT HC05 nhận vai trò Master các bạn dùng lệnh AT+ROLE=10D0A và Send. Module sẽ báo lại OK, khi đó nó đã nhận vai trò Master sẵn sàng để giao tiếp. Với vai trò Master, module sẽ tự động tìm kiếm các các thiết bị có Bluetooth và đăng nhập chủ động mà không cần thiết lập gì. Việc thiết lập vai trò Master cho module đã được trình bày ở phần trên. Tuy nhiên việc tự động kết nối cũng có hai trường hơp. + Trường hợp 1: Module BT hc05 tự động tìm kiếm và kết nối với thiết bị bất kì,một máy tính,smartphone hay module BT hc05 khác. Đây là một cấu hình rất không an toàn khi công việc giao tiếp qua chuẩn Bluetooth của bạn cần sự bảo mật. + Trường hợp 2: Tự động tìm kiếm module khác có địa chỉ riêng. Khi đó module HC05 sẽ chỉ tìm kiếm thiết bị có địa chỉ mà bạn đã thiết lập cho nó trước đó. Cách thiết lập như sau: Dùng lệnh AT+BIND=::D0A, trong đó dãy :: được cách nhau bởi dấu (:) là địa chỉ của module mà module HC05 của bạn muốn kết nối. Lúc này module sẽ chỉ tìm đúng địa chỉ bạn đã thiết lập và tự động kết nối. Trong lần kết nối đầu, module sẽ tìm kiếm cho đến khi tìm thấy module làm Slave kia. Lưu ý: Khi đã kết nối với module BT khác, đèn trên module nhấp nháy chậm hơn cho thấy kết nối Bluetooth đã được thiết lập. Đồng thời lúc này chân số 32(PIO9) sẽ lên mức cao (3.3V), bình thường khi chưa kết nối, chân này ở mức thấp (0V). 3.3. Tìm hiểu vi điều khiển Atmega8 Để giao tiếp và truyền nhận thông tin, ta dùng chip vi điều khiển Atmega8 để nhận và xử lý thông tin nhận được từ điện thoại thông qua chuẩn Bluetooth. 3.3.1. Tổng quan về Atmega8 Tốc độ tối đa: 16MHz. Dung lượng bộ nhớ chương trình: 8 KB. Bộ nhớ EEPROM: 512 Byte. Dung lượng bộ nhớ RAM: 1 KB. Bộ nhớ chương trình có khả năng ghi 10.000 lần, bộ nhớ EEPROM có thể ghi 100.000 lần. Hỗ trợ Bootloader, có khả năng tự ghi vào bộ nhớ chương trình, cập nhật chương trình cho chip mà không cần mạch nạp. Timer 8 bit: 2. Timer 16 bit: 1. ADC: 6 kênh, 10 bit. Giao tiếp: TWI (I2C), UART, SPI Điện áp hoạt động: Atmega8L: 2,7V – 5,5V. Atmega8: 4,5V – 5,5V. … Sơ đồ chân: Hệ thống Clock: Nguồn Clock: Chip có thể hoạt động với các nguồn Clock tương ứng với việc thiết lập các FUSE tương ứng như trong bảng 3.1. Ta chỉ tập trung vào hai nguồn clock đó là sử dụng thạch anh ngoài và sử dụng mạch RC tích hợp trong chip (dao động nội). Sử dụng thạch anh ngoài (hình 3.5): Để chip có thể hoạt động thì cần được FUSE đúng. Khi xuất xưởng thì mặc định chip được FUSE sử dụng dao động nội với tần số 1MHz. Nguồn RESET: Atmega8 có 4 cách RESET: Reset khi cấp nguồn. Reset ngoài (thông qua chân RESET). Watchdog RESET. Reset khi nguồn bị sụt áp. 3.3.2. Lập trình cổng vào ra: Điều khiển vào ra (IO): Atmega8 có 3 cổng vào ra: cổng B, cổng C, cổng D. Mỗi cổng được cấu hình, điều khiển thông qua 3 thanh ghi: DDRx, PORTx và PINx. (x: B, C, D). Các thanh ghi này có thể truy xuất từng bit để có thể điều khiển từng chân (Pin) của mỗi cổng. DDRx: quy định chiều của chân, DDRx=1: chân được cấu hình làm đầu ra, ngược lại DDRx=0 quy định chân làm đầu vào. PORTx: nếu PORTx=1 khi chân được cấu hình làm đầu vào thì sẽ kích hoạt điện trở treo dương tại chân tương ứng. Để vô hiệu hóa trở treo này thì PORTx phải được gán 0 hoặc chân được cấu hình làm đầu ra (DDRx=1). Nếu chân được cấu hình làm đầu ra (DDRx=1): Nếu PORTx=1 thì chân tương ứng sẽ được đưa lên cao (1–VCC), ngược lại nếu PORTx=0 thì chân tương ứng sẽ được đưa xuống thấp (0–GND) PINx: Đọc dữ liệu từ chân VĐK, độc lập với cấu hình chiều của chân (cả khi DDRx=0 và DDRx=1) trạng thái của chân có thể được đọc thông qua các bit của thanh ghi PINx. Nếu bit thứ 2 (PUD) của thanh ghi SFIOR được ghi giá trị 1 thì trở treo sẽ bị vô hiệu hóa bất chấp các thiết lập thông qua các thanh ghi PORTx, DDRx như đã nói ở trên. 3.3.3. Ngắt ngoài. Ngắt là một tín hiệu khẩn cấp được gửi đến bộ vi xử lý, yêu cầu bộ vi xử lý dừng các công việc hiện tại nhẩy đến thực hiện nhiệm vụ khẩn cấp đó, nhiệm vụ này được gọi là trình phục vụ ngắt. Sau khi thực hiện xong nhiệm vụ này thì vi xử lý tiếp tục làm các công việc tiếp theo. Khi có hai tín hiệu ngắt đến cùng một lúc thì tín hiệu nào ưu tiên cao hơn sẽ được thực hiện. Ở Atmega8 có 19 tín hiệu ngắt từ mức ưu tiên cao xuống thấp như sau. Ngắt thường được sử dụng để thực hiện các công việc mà không biết trước thời điểm như trong truyền thông, đếm sự kiện... Để phục vụ cho đề tài, chúng ta chỉ nghiên cứu phần ngắt ngoài. Để cho phép các ngắt hoạt động thì cần set bit I trong thanh ghi SREG lên 1. Ở chip atmega8 có 2 ngắt ngoài được ký hiệu là INT0 và INT1. Các thanh ghi điều khiển ngắt ngoài Thanh ghi MCUCR Đây là thanh ghi điều khiển kiểu tác động ngắt theo sườn âm hay sườn dương, hay mức. 4 bit cao thì không cần quan tâm nhiều, 4 bit thấp có bit 0 và 1 điều khiển INT0, bit 2 và 3 điều khiển INT1. Bảng 3.4. Bảng trạng thái thanh ghi MCUCR ISCx1 ISCx0 0 0 Ngắt kích mức thấp 0 1 Ngắt khi có sự thay đổi trạng thái bất kì 1 0 Ngắt kích sườn xuống(1 xuống 0) 1 1 Ngắt kích sườn lên(0 lên 1) Thanh ghi GICR Ở thanh ghi này thì chỉ cần quan tâm đến 2 bit là INT1 tức là cho phép ngắt INT1 hoạt động và INT0 cho phép ngắt INT0 hoạt động. Thanh ghi cờ ngắt. Ở thanh ghi này thì chỉ cần quan tâm đến 2 bit là INTF1 và INTF0. Khi có một sự kiện ngắt trên INT1 thì bit INTF1 bật 1, khi có một sự kiện ngắt ở trên INT0 thì INTF0 bật 1. Bộ truyền thông nối tiếp trên Atmega8 có thể hoạt động ở nhiều chế độ và ở đây ta chỉ xét chế độ bất đồng bộ. Khởi tạo nguồn clock cho bộ truyền thông, khởi tạo tốc độ Baud. Để khởi tạo tốc độ Baud ta ghi giá trị tương ứng với tốc độ Baud vào thanh ghi UBRR. Liên hệ giữa UBRR và tốc độ Baud cho bởi công thức sau: Ví dụ chúng ta sử dụng xung hệ thống là 3.6864MHz, ta cần dùng tốc độ Baud là 9600 Có 2 trường hợp: nếu ta chọn U2X=0 thì UBRR=3.686.4009600161=23. Nếu ta chọn U2X=1 thì UBRR=3.686.400960081=47. Định dạng khung truyền: ta chỉ xét định dạng khung truyền là 1 bit start, 8 bit dữ liệu, 1 bit stop, không kiểm tra chẵn lẻ. Các thanh ghi cấu hình, điều khiển bộ USART: Thanh ghi UDR: + Để truyền dữ liệu đi thì ta ghi dữ liệu cần truyền vào thanh ghi này và bộ bộ USART sẽ gửi dữ liệu cần truyền đi. + Sau khi nhận đươc dữ liệu thì thanh ghi này sẽ chứa dữ liệu nhận được. Thanh ghi UCSRA: Các bit ta quan tâm: + bit 7 RXC: Cờ này bằng 1 khi có dữ liệu nhận được và sẽ được xóa thành 0 khi không có dữ liệu trong bộ đệm (UDR). + bit 6 – TXC: Cờ này được bật mỗi khi truyền xong dữ liệu. Muốn xóa thì ta ghi giá trị 1 vào bit này. + bit 5 – UDRE: UDRE được set thành 1 khi UDR là rỗng và sẵn sàng cho truyền dữ liệu. Thanh ghi UCSRB: Tạm thời ta quan tâm các bit sau: bit 4 RXEN: Cho phép nhận, ghi giá trị 1 vào bit này cho phép USART nhận dữ liệu. bit 3 – TXEN: Cho phép truyền dữ liệu, ghi 1 vào bit này cho phép USART truyền dữ liệu. bit 2 – UCSZ2: Kết hợp với các bit UCSZ1..0 trong thanh ghi UCSRC để quy định số bit dữ liệu trong 1 khung truyền. Thanh ghi UCSRC: Có cùng địa chỉ với thanh ghi UBRRH: bit 7 – URSEL: Xác định truy cập UBRRH hay UCSRC, khi URSEL=1: truy cập UCSRC, khi URSEL=0: truy cập UBRRH. bit 6 – UMSEL: Chọn chế độ của USART: =0: truyền bất đồng bộ, =1 truyền đồng bộ. Và chúng ta chỉ tìm hiểu truyền bất đồng bộ. bit 3 – USBS: =1: 2 bit stop; =0: 1 bit stop. bit UCSZ1..0: Kết hợp với UCSZ2 ở trên quy định số bit dữ liệu, ta chỉ tìm hiểu kiểu truyền 8 bit dữ liệu UCSZ2=0; UCSZ1=1; UCSZ0=1; 3.4. Thiết kế và lập trình cho mạch điều khiển 3.4.1. Phần gắn trên xe máy 3.4.1.1. Mạch nguyên lý a. Khối reset. Linh kiện: R1: Điệntrở 10 k. C1: Tụ hóa 10F. Nhiệm vụ: Chân âm của tụ được nối đất, chân dương của tụ nối vào chân số 1 của Atmega8 và điện trở, đầu kia điện trở nối với dương nguồn 5V. Atmega8 reset ở mức thấp. Bình thường chân reset ở mức cao. b. Khối dao động thạch anh : Linh kiện: X1: Thạch anh 12MHz. C2,C3: Tụ gốm 33pF. Nhiệmvụ: Bộ dao động nối với Atmega8qua 2 chân 9 và 10 của atmega 8, được mắc như hình vẽ. Atmega8 có 1 bộ dao động nội. Vì vậy trong mạch này ta sẽ sử dụng dao động nội mà không cần phải sử dụng dao động ngoài. c. Khối nguồn . Linh kiện : IC LM7805 C4: Tụ hóa 100F R4: 330 Led2: LED báo nguồn Nhiệm vụ: ICLM7805 được sử dụng để chuyển đổi các điện áp cao hơn về chuẩn 5V cho để cấp nguồn cho Atmega8 và module Bluetoooth HC05. Điện áp vào cần cao hơn 5V, thông thường từ 6 đến 12V. Tụ hóa 100Fdùng để lọc san phẳng điện áp vào của IC LM7805, trở 330 dùng để hạn chế nguồn vào cho LED báo nguồn . d. Khối đầu ra điều khiển: Linhkiện: Relay: 5 chân 12V Q1: Transistor A1015 Q2: Transistor Tip41C R2, R3: điện trở 330 Led1: LED đơn Chìa khóa: Công tắc cần gạt 3 chân làm mô phỏng ổ khóa D1: Diode1N4007 HD1, HD2: Header loại 2 chân. Nhiệm vụ: Cặp transistor A1015 và Tip41C được mắc nối tiếp để tăng hệ số khuếch đại. Khi tín hiệu vào chân PortC.3=0(GND) làm transistor A1015 mở, cho dòng đi qua điện trở R3 và Led1 kích transistor Tip41C. Lúc này 2 chân điều khiển của Relay được cấp nguồn làm mở relay, nối công tắc cần gạt sang vị trí HD2 (Cổng ra nối sang khóa điện). Bình thường công tắc cần gạt nối với HD1(Cổng ra kết nối còi báo). Trong khi diode 1N4007 có chức năng bảo vệ. e. Khối điều khiển tự động: Linh kiện: R5: Điệntrở 100 Q3: Transistor C1815 Nhiệm vụ: Khi có giao tiếp Bluetooth, chân 32(PIO9) của module Bluetooth HC05 có mức điện áp 3,3V. Bình thường chân này ở 0V. Vì vậy khi có giao tiếp, chân TP1 được nối với chân số 32 của module Bluetooh HC05 sẽ cho dòng qua trở R5, mối BE thông làm chân C của C1815 được kéo xuống mức thấp. Đây sẽ là điều kiện để điều khiển được việc đóng mở khóa điện. Có giao tiếp mới mở được khóa điện. Mất giao tiếp không thể mở được khóa điện. Ngoài ra còn có jack cắm 6 lỗ để ta cắm module Bluetooth HC05 trên mạch hoàn thiện. Thứ tự các chân: 3.4.1.2. Mạch in 3.4.1.3. Lập trình viết trên Codevision avr: include include char kiemtra,t; char Ma_lenh,t,solannhan,c; long mode; External Interrupt 0 service routine interrupt EXT_INT0 void ext_int0_isr(void)chuong trinh phuc vu ngat; { PORTC.3=1; } Voidbat(void){ PORTC.3=0;if(t==r){PORTC.3=1;};if(PIND.2==1){PORTC.3=1;};putsf(DANG MO KHOA);putchar();kiemtra=0;} void tat(void){PORTC.3=1;putsf(LOCKED);kiemtra=0;} void batlientuc(void){while(c){PORTC.3=0;PORTD.2=0;t=getchar();if(t==t){putsf(LOCKED);PORTC.3=1;c=0;mode=0;solannhan=0;PORTD.2=1;}} } void main(void) { PORTB=0xff; DDRB=0xff; PORTC=0xff; DDRC=0xff; PORTD=0xff; DDRD=0xff; TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00; ASSR=0x00; TCCR2=0x00; TCNT2=0x00; OCR2=0x00; External Interrupt(s) initialization INT0: On INT0 Mode: Rising Edge INT1: Off GICR|=0x40; MCUCR=0x03; GIFR=0x40; ACSR=0x80; SFIOR=0x00; ADCSRA=0x00; SPCR=0x00; TWCR=0x00; asm(sei) PORTC.3=1; kiemtra=0; mode=0; solannhan=0; while (1) { Ma_lenh=getchar(); t=Ma_lenh; if(t==0){mode=mode10+0;putchar(0);solannhan++;} if(t==1){mode=mode10+1;putchar(1);solannhan++;} if(t==2){mode=mode10+2;putchar(2);solannhan++;} if(t==3){mode=mode10+3;putchar(3);solannhan++;} if(t==4){mode=mode10+4;putchar(4);solannhan++;} if(t==5){mode=mode10+5;putchar(5);solannhan++;} if(t==6){mode=mode10+6;putchar(6);solannhan++;} if(t==7){mode=mode10+7;putchar(7);solannhan++;} if(t==8){mode=mode10+8;putchar(8);solannhan++;} if(t==9){mode=mode10+9;putchar(9);solannhan++;} if(mode==100393){kiemtra=1;mode=0;solannhan=0;} if(t==r){kiemtra=0;solannhan=0;mode=0;} if(t==t){kiemtra=2;solannhan=0;mode=0;} if(mode==111111){c=1;putsf(OK);kiemtra=3;solannhan=0;mode=0;} switch(kiemtra) { case 1: {bat();}break; case 2: {tat();}break; case 3: {batlientuc();}break; } } } 3.4.2. Tag điều khiển 3.4.2.1. Mạch nguyên lý Cũng gần giống như mạch điều khiển, chiếc tag cầm tay cũng có các khối reset và khối dao động như mạch điều khiển. Khối nguồn sử dụng pin 4,5V trực tiếp. Jack cắm 6 lỗ JP6 để cắm module Bluetooth HC05 lên mạch Nút bấm nhỏ một đầu nối vào chân PortC.5, đầu còn lại nối xuống GND. Led báo hiển thị của nút bấm chân âm nối vào PortC.3 của Atmega8, nối với trở 330 và nối lên dương nguồn. Công tắc cần gạt 3 chân nhỏ JP2 để bật tắt nguồn trên tag. 3.4.2.2. Mạch in 3.4.2.3. Lập trình: include include include bit t=1; void main(void) { PORTB=0x00; DDRB=0x00; PORTC=0x7F; DDRC=0x7F; PORTD=0xff; DDRD=0xff; TCCR0=0x00; TCNT0=0x00; TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00; ASSR=0x00; TCCR2=0x00; TCNT2=0x00; OCR2=0x00; MCUCR=0x00; TIMSK=0x00; USART initialization Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity USART Receiver: On USART Transmitter: On USART Mode: Asynchronous USART Baud Rate: 9600 (Double Speed Mode) UCSRA=0x02; UCSRB=0x18; UCSRC=0x86; UBRRH=0x00; UBRRL=0x0C; ACSR=0x80; SFIOR=0x00; ADCSRA=0x00; SPCR=0x00; TWCR=0x00; PINC.5=1; t=1; while (1) { if(t==1) { putsf(100393); putchar(r); PORTC.3=0; } if(PINC.5==0){while(~PINC.5);t=~t;putchar(t);PORTC.3=1;} } } 3.4.3. Nguyên lý hoạt động của mạch 3.4.3.1. Mạch điều khiển Dùng IC Atmega8 giao tiếp với module Bluetooth HC05 để truyền nhận tín hiệu. Khi giao tiếp với Smartphone qua chuẩn Bluetooth 4.0, từ Smartphone ta gửi tín hiệu đến module Bluetooth HC05. Module nhận được mã gửi vào từ điện thoại và tiến hành truyền nhận với Atmega8 thông qua giao tiếp nối tiếp. Atmega8 tiến hành xử lý theo code đã lập trình: Nhận được mã “100393”: Mở khóa điện. Khi đó PortC.3=0. Cặp transistor A1015 và Tip41 hoạt động vì chân PortC.3 được kéo xuống 0V làm relay hoạt động. Trong mạch sử dụng relay 5 chân, 2 đầu ra. Chân chung được nối tới ổ khóa xe máy chính là công tắc cần gạt trên mạch, nguyên lý hoạt động như ổ khóa trên xe. Hai đầu ra lần lượt nối ra để điều khiển còi báo và dây đề + nổ máy. Khi chưa nhận được tín hiệu mở khóa mà bật công tắc (tương đương với việc vặn ổ khóa) điện sẽ cấp sang phía còi báo làm còi kêu, còn ngược lại sẽ cấp điện cho việc đề máy chạy xe. Nhận được mã “t”: Đây là mã để tắt khóa điện. PortC.3=1 làm cặp transistor không hoạt động, relay đóng. Nhận được mã “r”: Cho phép nhập lại mã bảo mật để mở khóa. Ngoài việc phải tắt mở bằng tay thì ta còn có chế độ tự động dựa vào nguyên lý: Khi giao tiếp Bluetooth được hình thành giữa điện thoại hoặc tag với mạch điều khiển chân 32 trên module sẽ cho điện áp ra 3.3V. Đây là điều kiện cho phép ta điều khiển như việc ta dùng nút bấm để điều khiển vậy. Khi có giao tiếp Bluetooth, transistor C1815 mở làm chân C nối xuống mass. Chân C của C1815 nối với Port D2 của Atmega8. Vậy lúc này Port D.2=0. Khi bạn di chuyển ra xa vượt quá tầm kiểm soát của sóng Bluetooth làm chân 32 mất điện áp C1815 đóng PortD.2=1 PortC.3=1. Công việc tương đương như ta dùng nút bấm vậy. Khi bạn muốn người thân của mình cũng sử dụng được chiếc xe mà không cần có điện thoại hay tag, khi đó ta gửi mã “111111”. Đây là mã để mở khóa điện trên xe dù bạn có ra xa tầm kiểm soát của Bluetooth thì khóa điện trên xe sẽ không bị ngắt nữa. Nguồn cấp cho mạch hoạt động: Nguồn 12V trực tiếp từ ắcquy xe máy, trong mạch sử dụng IC ổn áp 7805 để lấy điện áp 5V nuôi chip và Module BT HC05 hoạt động. 3.4.3.2. Tag điều khiển Khi điện thoại hết pin hoặc mất điện thoại, ta đừng quá lo lắng vì vẫn còn chiếc tag cầm tay. Nguyên lý hoạt động của tag: Xử lý truyền tín hiệu đi bằng Atmega8 và module Bluetooth HC05. Khi được cấp nguồn từ pin, ta tự động gửi đi mã “100193” đã được lập trình sẵn để mạch điều khiển thu nhận tín hiệu phục vụ cho mở khóa điện trên xe. Bạn cấp nguồn cho tag bằng công tắc gạt nhỏ trên mạch. Khi muốn tắt khóa ta chỉ việc gạt công tắc để ngắt nguồn hoạt động là mạch điều khiển tiến hành ngắt khóa điện. Trên tag có một nút bấm nhỏ phục vụ cho việc mở khóa hoàn toàn cho người thân dùng. Khi nhấn nút một lần tag sẽ gửi đi mã “111111” (đã trình bày ở trên), nhấn hai lần sẽ gửi đi mã “t” để tắt trạng thái mở khóa hoàn toàn, chuyển về trạng thái ban đầu. Với chiếc tag đã bật công tắc để cấp nguồn ta di chuyển lại gần xe sẽ tự động mở khóa điện và khi ra xa sẽ tự động ngắt khóa điện. Phạm vi hoạt động trong bán kính 15m. CHƯƠNG 4 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 4.1. Kết quả nghiên cứu. Nhóm nghiên cứu đã hoàn thiện được bản báo cáo trình bày về phần lý thuyết, giới thiệu được một số phương thức tương tác giữa điện thoại và các thiết bị ngoại vi, cụ thể hơn về phương thức tương tác qua sóng Bluetooth, phương thức hoạt động của sóng Bluetooth. Tiếp theo, nhóm nghiên cứu đã áp dụng phần lý thuyết để thực hiện trong thực hành: Sử dụng giao tiếp Bluetooth để điều khiển và làm thiết bị an ninh cho phương tiện giao thông, cụ thể là thiết kế thành công mạch điều khiển mở máy và chống trộm cho xe máy. Nhóm đã thiết kế mạch và lập trình để mạch có thể chạy theo ý tưởng đề ra. Có sản phẩm đã chạy tốt kèm theo như các hình ảnh dưới đây: • Phần module gắn trên xe máy : • Phần tag điều khiển (Remote) 4.2. Hướng phát triển của đề tài. Trên cơ sở phần lý thuyết và thực hành mà nhóm đã nghiên cứu thành công ở trên, nhóm nghiên cứu nhận thấy là có thể nghiên cứu tiếp những vấn đề dưới đây: Thông qua sóng
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU DÙNG SMARTPHONE ĐỂ MỞ KHÓA VÀ CHỐNG TRỘM CHO XE MÁY GVHD: GVC-ThS. Đỗ Thị Thu Dung SVTH: MSSV: 1. Đỗ Trọng Chinh 1151070006 2. Nguyễn Đình Hồng 1151070026 3. Vũ Thị Mến 1151070043 4. Nguyễn Văn Minh 1151070044 Hà Nội, 05/2015 1 MỤC LỤC Danh mục bảng biểu 2 Danh mục hình vẽ 2 Danh mục ký hiệu các chữ viết tắt 3 Lời mở đầu 4 Giới thiệu chung 5 1. Lý do chọn đề tài 5 2. Mục đích của đề tài 5 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 5 4. Hướng nghiên cứu và phát triển 5 Chương 1- Sự tương tác giữa điện thoại và các thiết bị ngoại vi 7 1.1. Tương tác qua sóng Bluetooth 7 1.2. Tương tác qua sóng vô tuyến RF 11 1.3. Tương tác qua giao tiếp hồng ngoại 12 1.4. Giao tiếp gần NFC 13 Chương 2- Phương thức hoạt động của sóng Bluetooth 15 2.1. Giới thiệu về Bluetooth 15 2.2. Cấu tạo của mạch Blutooth 16 2.3. Nguyên lý hoạt động của Bluetooth 18 2.4. Ứng dụng của Bluetooth 18 Chương 3- Sử dụng giao tiếp Bluetooth để điều khiển và làm thiết bị an ninh cho phương tiện giao thông 21 3.1. Các chức năng cần cho mạch điều khiển và chống trộm xe máy 21 3.2. Tìm hiểu về module Bluetooth HC05 21 3.3. Tìm hiểu về Chip Atmega8 25 3.4. Thiết kế và lập trình cho mạch điều khiển 32 Chương 4: Kết quả nghiên cứu và hướng phát triển của đề tài 45 4.1. Kết quả nghiên cứu 45 4.2. Hướng phát triển của đề tài 46 Kiến nghị các hướng nghiên cứu tiếp theo 47 Tài liệu tham khảo 48 2 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1. Các nguồn Clock tương ứng với việc thiết lập các FUSE tương ứng 26 Bảng 3.2. Sử dụng mạch RC thích hợp trong Chip 27 Bảng 3.3. 19 tín hiệu ngắt theo mức ưu tiên từ cao xuống thấp ở Atmega8 28 Bảng 3.4. Bảng trạng thái thanh ghi MCUCR 29 Bảng 3.5. Sự liên hệ giữa UBRR và tốc độ Baud 30 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Ký hiệu Bluetooth (trên điện thoại di động) 7 Hình 1.2. Mô phỏng sự kết nối giữa các thiết bị dùng Bluetooth 8 Hình 1.3. Bluetooth MDU 0001 và Bluetooth mouse 10 Hình 1.4. Lenovo IdeaPad S10-3t 10 Hình 1.5. Đồng hồ Citizen W700 hỗ trợ Bluetooth 11 Hình 1.6. Sử dụng sự tương tác qua sóng vô tuyến RF 11 Hình 1.7. Sử dụng sự tương tác qua giao tiếp hồng ngoại 13 Hình 1.8. Sử dụng sự tương tác qua giao tiếp gần 13 Hình 1.9. Sử dụng sự tương tác qua giao tiếp gần 14 Hình 2.1. Sơ đồ chân IC HC05 16 Hình 2.2. Module mạch thu phát sóng Bluetooth 17 Hình 3.1. Sơ đồ chân HC05 21 Hình 3.2. Module Bluetooth HC05 22 Hình 3.3. Cửa sổ giao diện giao tiếp với cổng Serial 23 Hình 3.4. Sơ đồ chân IC Atmega8 26 Hình 3.5. Mạch dao động sử dụng thạch anh ngoài 27 Hình 3.6. Thanh ghi MCUCR 29 Hình 3.7. Thanh ghi GICR 29 Hình 3.8. Thanh ghi cờ ngắt 29 Hình 3.9. Thanh ghi UCSRA 31 Hình 3.10. Thanh ghi UCSRB 31 3 Hình 3.11. Thanh ghi UCSRC 31 Hình 3.12. Sơ đồ nguyên lý mạch mở khóa và chống trộm 32 Hình 3.13. Khối reset 32 Hình 3.14. Khối dao động thạch anh 33 Hình 3.15. Khối nguồn 33 Hình 3.16. Khối đầu ra điều khiển 34 Hình 3.17. Khối điều khiển tự động 35 Hình 3.18. Jack cắm cho module Bluetooth HC05 35 Hình 3.19. Sơ đồ mạch in mạch mở khóa và chống trộm 35 Hình 3.20. Mạch thiết kế điều khiển mở khóa và chống trộm 36 Hình 3.21. Sơ đồ mạch nguyên lý của tag điều khiển 39 Hình 3.22. Sơ đồ mạch in của tag điều khiển 40 Hình 3.23. Mạch thiết kế của tag điều khiển 40 Hình 4.1. Phần module gắn trên xe máy 45 Hình 4.2. Phần tag điều khiển (remote) 46 DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt ISM Industrial, Scientific, Medical (band) Băng tần cho công nghiệp, khoa học và y tế BSIG (SIG) Bluetooth Special Interest Group Tổ chức gồm các công ty hàng đầu trong lĩnh vực viễn thông, máy tính và công nghiệp mạng đang phát triển công nghệ Bluetooth PC Personal Computer Máy tính cá nhân PDA Personal Digital Assistant Thiết bị hỗ trợ cá nhân RF Radio Frequency Tần số vô tuyến NFC Near-Field Communication Giao tiếp gần HĐH Hệ điều hành ĐTDĐ Điện thoại di động VĐK Vi điều khiển 4 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, điện thoại di động đã trở thành một trong những công cụ liên lạc thiết yếu của con người. Không chỉ thế, ngoài chức năng liên lạc, cùng với sự phát triển của công nghệ, sự kết nối toàn cầu, điện thoại di động còn được trang bị nhiều ứng dụng giải trí, định vị, mua sắm, thanh toán trực tuyến,…chúng gọi chung là điện thoại thông minh Smartphone. Cuộc sống hiện đại và mọi thứ sẽ trở nên tiện lợi hơn, dễ dàng hơn khi những thao tác trên được số hóa gọn nhẹ nhanh chóng và tập trung vào một vật bất ly thân của bạn là chiếc Smartphone. Điều khiển các thiết bị và tìm kiếm chúng bằng Smartphone thông qua sóng Bluetooth, một công nghệ không phải quá mới nhưng chưa được dùng nhiều trên các thiết bị ở thị trường Việt Nam hiện nay, một công nghệ mang lại lợi ích thiết thực cho người dùng. Mặt khác, để thực hiện học đi đôi với hành, áp dụng các kiến thức đã được học trên ghế nhà trường với thực tế cuộc sống, nhóm sinh viên quyết định đi sâu nghiên cứu công nghệ không dây Bluetooth của các thiết bị điện tử chạy trên nền hệ điều hành Android với chủ đề “Nghiên cứu dùng Smartphone để mở khóa và chống trộm cho xe máy”. Thực tế trong cuộc sống hiện nay, sinh viên sử dụng điện thoại di động và đi xe máy là phổ biến. Các hiện tượng mất trộm đôi khi xảy ra trong trường cũng như nơi ở làm cho sinh viên rất bức xúc với tệ nạn xã hội này vì chúng tôi đang đi học, chưa kiếm được tiền, chỉ nhờ sự chu cấp của cha mẹ. Trong chương trình học chúng tôi lại được học về các hệ thống thông tin viễn thông nên chúng tôi có ý tưởng sử dụng hệ thống thông tin viễn thông điều khiển từ xa để có thể mở khóa và chống trộm cho xe máy, bảo vệ tài sản riêng cho mỗi người. Nhóm tác giả sinh viên 5 GIỚI THIỆU CHUNG 1. Lý do chọn đề tài Trong thực tế, sinh viên sử dụng điện thoại di động và đi xe máy là phổ biến. Các hiện tượng mất trộm đôi khi xảy ra trong trường cũng như nơi ở làm sinh viên rất bức xúc với tệ nạn xã hội này, vì chúng tôi đang đi học, chưa kiếm được tiền, chỉ nhờ sự chu cấp của cha mẹ. Trong chương trình học chúng tôi lại được học về các hệ thống thông tin viễn thông, để thực hiện học đi đôi với hành – đưa kiến thức đã được học vào đời sống thực tế - nên chúng tôi có ý tưởng sử dụng hệ thống thông tin viễn thông điều khiển từ xa để có thể mở khóa và chống trộm cho xe máy, bảo vệ tài sản riêng cho mỗi người. 2. Mục đích của đề tài Cùng với sự phát triển rất nhanh của công nghệ số, đặc biệt là thiết bị smartphone đã ra đời, chúng gần như là một vật bất ly thân và là người trợ lý tuyệt vời. Vậy tại sao ta không thể biến nó như một chiếc Remote để có thể đóng mở khóa chiếc xe của bạn thật đơn giản và nhanh chóng hơn. Ý tưởng triển khai đề tài nghiên cứu khoa học này nhằm tạo ra một thiết bị giúp việc mở khóa và đảm bảo an ninh cho xe máy bằng điện thoại Smartphone tốt hơn. Nhờ vậy mà ta có thể mở khóa xe một cách dễ dàng hơn, ngay cả khi ta quên chìa khóa cũng như đánh mất chìa khóa. Hoặc trong những lúc có kẻ gian lợi dụng sự mất tập trung cảnh giác để ăn cắp xe, thì nhờ thiết bị sẽ gửi cảnh báo về cho xe, cũng như phục vụ cho công tác truy tìm kẻ gian và tìm lại xe. Ý tưởng được đề xuất ra với mục đích giúp cho cuộc sống thêm tiện lợi và an toàn hơn 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Chúng tôi tìm hiểu về khả năng giao tiếp, khả năng hoạt động, những ứng dụng có thể sử dụng của công nghệ giao tiếp Bluetooth và các thiết bị chạy hệ điều hành Android, nhằm ứng dụng nó vào việc đóng mở khóa và chống trộm cho xe, cụ thể là xe máy. - Phạm vi nghiên cứu: Chúng tôi sẽ vận dụng các kiến thức đã được học trong phạm vi ngành điện tử truyền thông. Chúng tôi sẽ nghiên cứu thiết kế mạch cơ bản, sử dụng ngôn ngữ lập trình đã học, làm báo cáo chi tiết và cũng làm ra sản phẩm mô hình thực tế. 4. Hướng nghiên cứu và phát triển 6 Hướng nghiên cứu của đề tài là sẽ làm ra một mô hình sản phẩm thực tế, qua đó nhờ các phương pháp đo đạc, đánh giá kết quả và đem nó vào thực tế để so sánh thực nghiệm xem thiết bị có những hạn chế gì, tìm cách đưa ra giải pháp và hướng phát triển trong tương lai. Hướng phát triển trong tương lai là biến thiết bị của ta nhỏ gọn hơn, đa chức năng hơn, ổn định hơn và quan trọng là hữu ích dễ sử dụng, giá thành chi phí thấp. 7 CHƯƠNG 1 – SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG VÀ CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI 1.1. Tương tác qua sóng Bluetooth 1.1.1. Khái niệm Bluetooth Bluetooth là công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giao tiếp với nhau trong khoảng cách ngắn, bằng sóng vô tuyến qua băng tần chung ISM (Industrial, Scientific, Medical) trong dải tần 2,40–2,48 GHz và có khả năng truyền tải giọng nói và dữ liệu. Phạm vi hoạt động của thiết bị Bluetooth là khoảng 10m. Bluetooth truyền dữ liệu với tốc độ 1 Mbps, nhanh gấp 3 và 8 lần tốc độ trung bình của cổng song song và cổng nối tiếp tương ứng. Đây là dãy băng tần không cần đăng ký được dành riêng để dùng cho các thiết bị không dây trong công nghiệp, khoa học và y tế. Bluetooth được thiết kế nhằm mục đích thay thế dây cáp giữa máy tính và các thiết bị truyền thông cá nhân, kết nối vô tuyến giữa các thiết bị điện tử lại với nhau một cách thuận lợi với giá thành rẻ. Khi được kích hoạt Bluetooth có thể tự động định vị những thiết bị khác có chung công nghệ trong vùng xung quanh và bắt đầu kết nối với chúng. Nó được định hướng sử dụng cho việc truyền dữ liệu lẫn tiếng nói. Công nghệ không dây Bluetooth là một tiêu chuẩn trong thực tế, dùng cho các thiết bị cỡ nhỏ, chi phí thấp, sóng ngắn liên kết giữa PC di động, điện thoại di động và giữa các máy tính với nhau. Bluetooth Special Interest Group (BSIG) là tổ chức gồm những công ty hàng đầu trong lĩnh vực viễn thông, máy tính và công nghiệp mạng đang cố gắng phát triển công nghệ này và cung cấp rộng rãi trên thị trường. 8 Hình 1.1. Ký hiệu Bluetooth (trên điện thoại di động). Bluetooth là một công nghệ cho phép truyền thông giữa các thiết bị với nhau mà không cần cáp và dây dẫn. Bluetooth ít tiêu hao năng lượng và có giá thành thấp mặc dù tốc độ của nó chậm hơn khá nhiều so với mạng không dây WiFi. Apple đã trang bị chức năng hỗ trợ Bluetooth vào hệ máy Mac của mình trong nhiều năm để kích hoạt khả năng hoạt động với các thiết bị bàn phím và chuột không dây hỗ trợ Bluetooth, đồng bộ hoá dữ liệu với điện thoại di động (ĐTDĐ) và thiết bị hỗ trợ cá nhân PDA, in ấn với các máy in hỗ trợ Bluetooth và kết nối đến các thiết bị khác. Bluetooth đã phải đối mặt với cuộc chiến đang leo thang giữa các nhà sản xuất PC nhưng ngược lại, công nghệ Bluetooth là "đứa con cưng" của các hãng sản xuất ĐTDĐ vì đại đa số các ĐTDĐ đều có hỗ trợ Bluetooth cũng như các thiết bị headset không dây. Trong tương lai, công nghệ Bluetooth phiên bản mới sẽ tiếp tục phát triển rộng hơn ở nhiều lĩnh vực. 1.1.2. Các đặc điểm của Bluetooth - Bluetooth có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu 1Mbps (do sử dụng tần số cao) mà các thiết bị không cần phải lấy trực tiếp nhau.Bluetooth hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu lên tới 720 Kbps trong phạm vi 10m. Khác với kết nối hồng ngoại (IrDA), kết nối Bluetooth là vô hướng và sử dụng dải tần 2,4 GHz trên dãy băng tần ISM. - Tiêu thụ năng lượng thấp, cho phép ứng dụng được trong nhiều loại thiết bị, bao gồm cả các thiết bị cầm tay và điện thoại di động. - Giá thành hạ (giá một con chip Bluetooth đang giảm dần). - Khoảng cách giao tiếp cho phép: + Khoảng cách giữa hai thiết bị đầu cuối có thể lên đến 10m ngoài trời và 5m trong tòa nhà. 9 Hình 1.2. Mô phỏng sự kết nối giữa các thiết bị dùng Bluetooth + Khoảng cách thiết bị đầu cuối và Access point có thể lên tới 100m ngoài trời và 30m trong nhà. - Dễ dàng trong việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối một ứng dụng này với một ứng dụng khác thông qua các chuẩn “Bluetooth profiles”, do đó có thể độc lập về phần cứng cũng như hệ điều hành sử dụng. - Bluetooth được dùng trong giao tiếp dữ liệu tiếng nói: có 3 kênh để truyền tiếng nói là 7 kênh để truyền dữ liệu trong một mạng cá nhân. - An toàn và bảo mật: được tích hợp với sự xác nhận và mã hóa. - Tính tương thích cao, được nhiều nhà sản xuất phần cứng cũng như phần mềm hỗ trợ. 1.1.3. Ứng dụng của Bluetooth 1.1.3.1. Thiết bị thông minh Gồm có các loại điện thoại di động: PDA thiết bị hỗ trợ cá nhân, PC, cellphone, laptop, notebook, Điện thoại di động: Samsung S5620 monte, HTC legend, Puma phone…Công nghệ Bluetooth gắn sẵn trên thiết bị di động, máy tính chỉ cần cài drive nên không cần dùng cáp. Camera kỹ thuật số hay máy tính cho phép người dùng xem tivi, chụp ảnh, quay phim, nghe MF3, FM, duyệt web và email từ điện thoại, kết nối 3G, A-GPS, GPS, EDGE, GPRS, HSDPA, Bluetooth và WLAN…, truyền các máy in, máy ảnh số… với nhau mà không cần nối dây. 1.1.3.2. Thiết bị truyền thanh Gồm các loại tai nghe (headset), loa và các trạm thu âm thanh… Jabra, hãng sản xuất phụ kiện cho điện thoại di động vừa ra mắt BT3030, tai nghe Bluetooth vượt trội về kiểu dáng lẫn thiết kế. Đây là sản phẩm công nghệ mới nhất của Jabra, nó được chế tạo giống như vòng thẻ đeo cổ truyền thống của lính Mỹ. BT3030 hỗ trợ chuẩn Bluetooth 2.0+ EDR (chuẩn mới nhất), HSP, HFP, A2DP và AVRCP. Ngoài ra với 6 nút nhấn rất tiện dụng để gửi và nhận cuộc gọi kết hợp điều khiển nghe nhạc và tất nhiên nó sẽ tự hạ thấp âm lượng nhạc phát khi có cuộc gọi đến. 1.1.3.3. Thiết bị truyền dữ liệu Gồm chuột, bàn phím, joystick, camera, bút kỹ thuật số, máy in, LAN access point, máy tính nhận diện khuôn mặt, bàn phím nhận diện….dùng để kết nối Internet hoặc mạng cục bộ bằng điện thoại. Nó hoạt động 100m; ngõ RS232 qua cổng COM. Tốc độ 56Kbps. 10 [...]... trên để điều khiển việc đóng mở khóa điện của xe và chống trộm - Thiết kế một tag (thiết bị điều khiển từ xa) dự phòng khi điện thoại hết pin dùng chuẩn giao tiếp Bluetooth - Trong phạm vi của sóng Bluetooth, khóa điện được mở và bạn có thể mở khóa cơ và đề máy chạy xe Không có sóng Bluetooth, khóa điện trên xe tự động khóa, nếu tác động vào khóa cơ thì không thể đề máy chạy xe, đồng thời chiếc xe sẽ... biệt đối với các Smartphone 21 CHƯƠNG 3 – SỬ DỤNG GIAO TIẾP BLUETOOTH ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ LÀM THIẾT BỊ AN NINH CHO PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG 3.1 Các chức năng cần thiết kế cho mạch điều khiển và chống trộm xe máy Vì có thể có nhiều ý tưởng cho chức năng của thiết bị nên chúng tôi đưa ra một số ý tưởng sau để thiết kế: - Sử dụng module Bluetooth có khả năng phát ra Bluetooth kết hợp với chiếc Smartphone, thông... là loại điều khiển từ xa xuất hiện đầu tiên và đến nay vẫn giữ một vai trò quan trọng và phổ biến trong đời sống Nếu điều khiển IR chỉ dùng trong nhà thì điều khiển RF lại dùng cho nhiều vật dụng bên ngoài như các thiết bị mở cửa gara xe, hệ thống báo hiệu cho xem các loại đồ chơi điện tử từ xa thậm chí kiểm soát vệ tinh và các hệ thống máy tính xách tay và điện thoại thông minh… Hình 1.6 Sử dụng sự... xong dữ liệu Muốn xóa thì ta ghi giá trị 1 vào bit này + bit 5 – UDRE: UDRE được set thành 1 khi UDR là rỗng và sẵn sàng cho truyền dữ liệu Thanh ghi UCSRB: Hình 3.10 Thanh ghi UCSRB Tạm thời ta quan tâm các bit sau: - bit 4 - RXEN: Cho phép nhận, ghi giá trị 1 vào bit này cho phép USART nhận dữ liệu - bit 3 – TXEN: Cho phép truyền dữ liệu, ghi 1 vào bit này cho phép USART truyền dữ liệu - bit 2 – UCSZ2:... dữ liệu UCSZ2=0; UCSZ1=1; UCSZ0=1; 3.4 Thiết kế và lập trình cho mạch điều khiển 3.4.1 Phần gắn trên xe máy 3.4.1.1 Mạch nguyên lý Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý mạch mở khóa và chống trộm a Khối reset Hình 3.13 Khối reset Linh kiện: - R1: Điệntrở 10 kΩ - C1: Tụ hóa 10µF 33 Nhiệm vụ: Chân âm của tụ được nối đất, chân dương của tụ nối vào chân số 1 của Atmega8 và điện trở, đầu kia điện trở nối với dương nguồn... Điện áp vào cần cao hơn 5V, thông thường từ 6 đến 12V Tụ hóa 100µFdùng để lọc san phẳng điện áp vào của IC LM7805, trở 330Ω dùng để hạn chế nguồn vào cho LED báo nguồn d Khối đầu ra điều khiển: Hình 3.16 Khối đầu ra điều khiển Linhkiện: - Relay: 5 chân 12V - Q1: Transistor A1015 - Q2: Transistor Tip41C - R2, R3: điện trở 330 Ω - Led1: LED đơn - Chìa khóa: Công tắc cần gạt 3 chân làm mô phỏng ổ khóa -... số 32 của module Bluetooh HC05 sẽ cho dòng qua trở R5, mối BE thông làm chân C của C1815 được kéo xuống mức thấp Đây sẽ là điều kiện để điều khiển được việc đóng mở khóa điện Có giao tiếp mới mở được khóa điện Mất giao tiếp không thể mở được khóa điện Ngoài ra còn có jack cắm 6 lỗ để ta cắm module Bluetooth HC05 trên mạch hoàn thiện Thứ tự các chân: Hình 3.18 Jack cắm cho module Bluetooth HC05 3.4.1.2... cầm chơi game là một loại thiết bị đầu vào sử dụng kết nối Bluetooth Wiimote của Nintendo hay tay cầm của PlayStation 3 cũng đều giao tiếp với máy console thông qua Bluetooth + Máy in: Máy in hỗ trợ Bluetooth cho phép bạn in tài liệu mà không cần tới kết nối mạng WiFi hoặc kết nối qua dây - Trang bị kết nối Bluetooth cho máy tính để bàn: Nếu bạn sở hữu một chiếc máy tính nhưng không được tích hợp phần... mật khẩu để giao tiếp nữa.Công cụ hỗ trợ đắc lực là bạn dùng phần mềm Bluetooth spp, bạn lên Google Play và tải ứng dụng về Cách thức sử dụng sẽ được trình bày ở phần sau - Mặc định ban đầu module hoạt động ở chế độ Slave Để module hoạt động giao tiếp được, bạn cần cấp nguồn cho module và để chân KEY ở trạng thái không kết nối Vai trò Master: 25 - Để module BT HC05 nhận vai trò Master các bạn dùng lệnh... các hệ điều hành khác như Mac OSX và Linux cũng hỗ trợ Bluetooth - Truyền tải tập tin giữa các máy tính: Hai máy tính được kích hoạt kết nối Bluetooth cũng có thể truyền tải dữ liệu cho nhau giống như giữa máy tính và điện thoại Với những tập tin có kích thước vừa phải, bạn sẽ không cần phải sử dụng đến các đoạn cáp kết nối nữa Thậm chí dù 2 mẫu máy tính của người dùng có khác hệ điều hành hoặc đang . 26 Bảng 3.2. Sử dụng mạch RC thích hợp trong Chip 27 Bảng 3.3. 19 tín hiệu ngắt theo mức ưu tiên từ cao xuống thấp ở Atmega8 28 Bảng 3.4. Bảng trạng thái thanh ghi MCUCR 29 Bảng 3.5. Sự liên hệ giữa. đặc điểm của Bluetooth - Bluetooth có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu 1Mbps (do sử dụng tần số cao) mà các thiết bị không cần phải lấy trực tiếp nhau.Bluetooth hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu. dãy băng tần ISM. - Tiêu thụ năng lượng thấp, cho phép ứng dụng được trong nhiều loại thiết bị, bao gồm cả các thiết bị cầm tay và điện thoại di động. - Giá thành hạ (giá một con chip Bluetooth