đồ án truyền dữ liệu qua bluetooth

Truyền một file bất kì đọc từ thẻ nhớ SD card đến thiết bị thu thông qua giao tiếp Bluetooth. File đọc từ thẻ nhớ bằng vi điều khiển thông qua giao tiếp SPI. Giao tiếp Bluetooth với thiết bị thu bằng module HC05. Vi điều khiển giao tiếp module HC05 thông qua UART.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA-ĐHQG TPHCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGÀNH ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI: TRUYỀN DỮ LIỆU QUA BLUETOOTH MỤC LỤC PHẦN 1: GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ ĐỀ TÀI - Mô tả đề tài - Sơ đồ khối - Các phần cứng sử dụng PHẦN 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ BLUETOOTH VÀ MODULE HC - 05 - Giới thiệu khái niệm bluetooth - Một số thuật ngữ dùng bluetooth - Các ứng dụng bật Bluetooth - Sơ lược “thế hệ” Bluetooth 5- Module HC-05 PHẦN : VI ĐIỀU KHIỂN STM32F100C6T6 - Giới thiệu vi xử lý ARM –Cortex M3 - Dòng vi điều khiển STM32 - Vi điều khiển STM32F100C6T6 PHẦN 4: MMC SD CARD - Cấu trúc lưu trữ file SD card - Cấu trúc file phân vùng - Giao tiếp với Micro SD Card - Khởi tạo SD Card - Cấu hình giao diện SPI để giao tiếp với Micro SD Card - Quá trình truyền liệu Host SD Card PHẦN 5: KHỐI HIỂN THỊ VÀ PHÍM NHẤN - Sơ đồ kết nối LCD với vi điều khiển - Cấu hình chân LCD – sơ đồ kết nối phím nhấn PHẦN 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ CODE LẬP TRÌNH – Tài liệu tham khảo…………………………………………… trang 36 – Code chương trình phần phát ……………………………… trang 37 – Code chương trình phần thu ………………………………… trang 44 PHẦN 1:GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ ĐỀ TÀI 1)Mô tả đề tài - Truyền file đọc từ thẻ nhớ SD card đến thiết bị thu thông qua giao tiếp Bluetooth - File đọc từ thẻ nhớ vi điều khiển thông qua giao tiếp SPI - Giao tiếp Bluetooth với thiết bị thu module HC-05 - Vi điều khiển giao tiếp module HC-05 thông qua UART 2)Sơ đồ khối KHỐI HIỂN THỊ BỘ NHỚ DỮ LIỆU MODULE BLUETOOTH KHỐI ĐIỀU KHIỂN PHÍM NHẤN BLUETOOT H KHỐI THU 3)Phần cứng sử dụng - Bộ nhớ liệu : MMC –SD card có dung lượng 512 MB - Khối hiển thị sử dụng LCD 16x2 với đường data - Khối điều khiển : vi điều khiển STM32F100C6T6 - Phím nhấn : sử dụng button - Module Bluetooth : module HC-05 - Khối thu : thiết bị có hỗ trợ giao tiếp Bluetooth điện thoại di động , laptop … PHẦN 2:GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ BLUETOOTH ) Giới thiệu khái niệm bluetooth Bluetooth công nghệ dựa tần số vô tuyến sử dụng để tạo kết nối giao tiếp hai loại thiết bị khác cự li định Có nhiều thiết bị sử dụng công nghệ bluetooth như: điện thoại di động, máy tính thiết bị hổ trợ cá nhân (PDA) Bluetooth thiết kế để thay dây cable máy tính thiết bị truyền thông cá nhân, kết nối vô tuyến thiết bị điện tử với Bluetooth kích hoạt tự định vị thiết bị khác có chung công nghệ vùng xung quanh bắt đầu kết nối với chúng Bluetooth đạt tốc độ truyền liệu 1Mb/s Bluetooth hỗ trợ tốc độ truyền tải liệu lên tới 720 Kbps phạm vi 10 m–100 m Sử dụng dải tần 2.4 – 2.48GHz Một số đặc điểm trội bluetooth: - Tương thích cao - Tiêu thụ lượng thấp - Dễ dàng phát triển ứng dụng - An toàn bảo mật ) Một số thuật ngữ dùng bluetooth - Piconet tập hơp thiết bị kết nối thông qua kỹ thuật bluetooth theo mô hình Ad-hoc (xây dựng mạng kết nối (chủ yếu vô tuyến) thiết bị đầu cuối mà không cần phải dùng trạm thu phát gốc (BS).) - Scatternet hay nhiều Piconet độc lập không đồng kết hợp lại truyền thông với - Master unit: master thiết lập đếm xung, định số kênh truyền thông kiểu bước nhảy để đồng tất thiết bị piconet quản lý - Slaver unit thiết bị lại piconet mà master Có trạng thái thiết bi bluetooth piconet - Inquiring device: phát tín hiệu tìm thiết bị - Inquiring scanning device: nhận tín hiệu inquiring trả lời - Paging device: phát tín hiệu yêu cầu kết nối - Page scanning device: nhận yêu cầu kết nối Chế độ kết nối - Active mode: thiết bị bluetooth tham gia vào hoạt động mạng - Sniff mode: chế độ tiết kiệm lượng thiết bị trạng thái active, thiết bi slave nhận tín hiệu từ mạng với tần số giảm hay nói cách khác giảm công suất - Hold mode: chế độ tiết kiệm lượng thiết bị trạng thái active, chế độ tiết kiệm lượng trung bình - Park mode: chế độ tiết kiệm lượng thiết bị mạng không tham gia vào trình trao đổi liệu (inactive), chế độ tiết kiệm lượng 3)Các ứng dụng bật Bluetooth: - Điều khiển giao tiếp không giây điện thoại di động tai nghe không dây - Mạng không dây máy tính cá nhân không gian hẹp đòi hỏi băng thông - Giao tiếp không dây với thiết bị vào máy tính, chẳng hạn nhưchuột, bàn phím máy in - Truyền liệu thiết bị dùng giao thức OBEX (dùng trao đổi liệu vật lý tập tin, hình ảnh dạng nhị phân) - Thay giao tiếp nối tiếp dùng dây truyền thống thiết bị đo, thiết bị định vị dùng GPS, thiết bị y tế, máy quét mã vạch, thiết bị điều khiển giao thông - Thay điều khiển dùng tia hồng ngoại - Gửi mẩu quảng cáo nhỏ từ pa-nô quảng cáo tới thiết bị dùng Bluetooth khác - Điều khiển từ xa cho thiết bị trò chơi điện tử Wii - Máy chơi trò chơi điện tử hệ Nintendo[1] vàPlayStation Sony - Kết nối Internet cho PC PDA cách dùng điện thoại di động thay modem ) Sơ lược “thế hệ” Bluetooth Theo Wikipedia, thuật ngữ “Bluetooth” (có nghĩa “răng xanh”) đặt theo tên vị vua Đan Mạch, vua Harald Bluetooth, người Viking tiếng khả giúp người giao tiếp, thương lượng với Bluetooth phát triển Ericsson (hiện Sony Ericsson Ericsson Mobile Platforms), sau chuẩn hoá Bluetooth Special Interest Group (SIG) Chuẩn phát hành vào ngày 20 tháng năm 1999 Ngày công nhận 1800 công ty toàn giới Được thành lập Sony Ericsson, IBM, Intel, Toshiba Nokia, sau có tham gia nhiều công ty khác với tư cách cộng tác hay hỗ trợ Bluetooth có chuẩn IEEE 802.15.1 Bluetooth 1.0 Tháng 7/1999, phiên Bluetooth 1.0 đưa thị trường với tốc độ kết nối ban đầu 1Mbps Tuy nhiên, thực tế tốc độ kết nối hệ chưa đạt mức 700Kbps Phiên nhiều lỗi nhà sản xuất khó khăn tích hợp với sản phẩm công nghệ Bluetooth 1.1 Năm 2001, phiên Bluetooth 1.1 đời, đánh dấu bước phát triển công nghệ Bluetooth nhiều lĩnh vực khác với quan tâm nhiều nhà sản xuất Cũng năm này, Bluetooth đươc bình chọn công nghệ vô tuyến tốt năm Bluetooth 1.2 Ra mắt vào tháng 11/2003, Bluetooth 1.2 bắt đầu có nhiều tiến đáng kể Chuẩn hoạt động dựa băng tần 2.4 Ghz tăng cường kết nối thoại Motorola RARZ hệ di động tích hợp Bluetooth 1.2 Bluetooth 2.0 + ERD Một năm sau, vào tháng 11/2004, công nghệ Bluetooth 2.0 + ERD bắt đầu nâng cao tốc độ giảm thiểu nửa lượng tiêu thụ so với trước Tốc độ chuẩn Bluetooth lên đến 2.1 Mbps với chế độ cải thiện kết nối truyền tải – ERD (enhanced data rate), song ERD chế độ tùy chọn, phụ thuộc vào hãng sản xuất có đưa vào thiết bị hay không Năng lượng sử dụng kết nối Bluetooth tiêu hao nửa so với trước Các thiết bị tiêu biểu ứng dụng Bluetooth 2.0 + ERD là: Apple iPhone, HTC Touch Pro T-Mobile’s Android G1 Bluetooth 2.1 + ERD Đây hệ nâng cấp Bluetooth 2.0 Bluetooth 2.1 có hiệu cao tiết kiệm lượng Chuẩn chủ yếu sử dụng trong điện thoại, máy tính thiết bị di động khác Tuy nhiên, Bluetooth 2.1 không cho phép truyền file lớn với tốc độ cao Do đó, người dùng muốn chuyển file dung lượng lớn đến 1-2GB từ máy tính sang điện thoại kết nối hai thiết bị dây cắm USB thẻ nhớ Bluetooth 3.0 + HS: Tháng 4/2009, Bluetooth 3.0 - hệ "siêu tốc" thức mắt Bluetooth 3.0 có tốc độ truyền liệu đạt mức 24Mbps – sóng Bluetooth – High Speed, tương đương chuẩn Wi-Fi hệ Chuẩn giúp thiết bị tương tác tốt hơn, tăng cường lực kết nối cá nhân với tiết kiệm pin nhờ chức điều khiển lượng nâng cao Đặc biệt, dò tự động thiết bị gần kề chuyển trực tiếp sang mạng Wi-Fi thiết bị có kết nối Wi-Fi Tuy nhiên, phạm vi hiệu vòng 10m Bluetooth 4.0: Đây phiên Bluetooth vừa tổ chức SIG thông qua Bluetooth 4.0 có nhiều đặc điểm chung với chuẩn 3.0, khả truyền liệu tốc độ cao lên tới 25 Mb/giây, Bluetooth 4.0 bổ sung thêm khả truyền liệu dung lượng nhỏ phạm vi ngắn (8-27 byte tốc độ 1Mbps) với mức tiêu thụ điện thấp giúp tiết kiệm lượng so với chuẩn cũ Bluetooth 4.0 nhiều khả dành cho ứng dụng lĩnh vực y tế, chăm sóc sức khỏe an ninh, chẳng hạn đồng hồ đeo tay theo dõi sức khỏe, trang bị cho cảm biến nhiệt độ, nhịp tim, thể thao, thiết bị sử dụng gia Tổ chức Continua Health Alliance đồng ý chọn lựa Bluetooth 4.0 làm công nghệ truyền liệu cho thiết bị y tế di động tương lai Dự kiến thiết bị sử dụng chuẩn bluetooth 4.0 mắt quý IV năm Tuy nhiên, có nghiên cứu cho rằng, lạm dụng thiết bị Bluetooth gây ảnh hưởng không tốt tới sức khoẻ sóng radio gây 5) Module HC-05 a)Thông số kĩ thuật module HC-05 -Điện hoạt động UART 3.3 – 5V -Dòng điện hoạt động: Pairing 30 mA, sau pairing hoạt động truyền nhận bình thường mA -Baudrate UART chọn được: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 -Kích thước module chính: 28 mm x 15 mm x 2.35 mm -Dải tần sóng hoạt động: 2.4GHz -Bluetooth protocol: Bluetooth Specification v2.0+EDRo -Kích thước: 26.9mm x 13mm x 2.2 mm -Thiết lập mặc định:  Baud rate: 9600, N, 8,  Pairing code: 1234 b) Chế độ hoạt động + Ở chế độ SLAVE: bạn cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb bluetooth để dò tìm module sau pair với mã PIN 1234 Sau pair thành công, bạn có cổng serial từ xa hoạt động baud rate 9600 + Ở chế độ MASTER: module tự động dò tìm thiết bị bluetooth khác (1 module bluetooth HC-06 HC05, usb bluetooth, bluetooth laptop…) tiến hành pair chủ động mà không cần thiết lập từ máy tính smartphone Module bluetooth HC05 có nhiều chức Module bluetooth HC05 điều khiển tập lệnh AT để thực tác vụ mong muốn Để bluetooth module chuyển từ chế độ thông thường qua điều khiển lệnh AT, ta có cách sau: + Cấp nguồn cho module bluetooth (Vcc Gnd) đồng thời cấp mức điện áp cao (=Vcc) cho chân KEY module bluetooth Khi giao tiếp tập lệnh AT với module cổng Serial (Tx Rx) với baud rate 38400 (khuyên dùng) + Cấp nguồn cho module bluetooth trước, sau cấp mức điện áp cao cho chân KEY module bluetooth Lúc bạn giao tiếp với module tập lệnh AT với baud rate 9600 Sau pair thành công với thiết bị bluetooth khác, đèn module bluetooth HC05 nhấp nháy chậm cho thấy kết nối Serial thiết lập PHẦN : VI ĐIỀU KHIỂN STM32F100C6T6 ) Giới thiệu dòng ARM – Cortex M3 Cortex xử lý hệ đưa kiến trúc chuẩn cho nhu cầu đa dạng công nghệ Không giống dòng ARM khác, dòng Cortex lõi xử lý hoàn thiện đưa chuẩn CPU kiến trúc hệ thống chung Dòng Cortex gồm nhánh: dòng A dành cho ứng dụng cao cấp, dòng R dành cho ứng dụng thời gian thực dòng M dành cho ứng dụng điều khiển chi phí thấp Lõi ARM Cortex M3 cải tiến ARM7, mang lại thành công vang dội cho công ty ARM Cortex-M3 đưa lõi vi điều khiển chuẩn nhằm cung cấp phần tổng quát, quan trọng vi điều khiển bao gồm hệ thống ngắt( Interrupt system), SysTick timer ( thiết kế cho hệ điều hành thời gian thực), hệ thống kiểm lỗi ( Debug system), memory map nhiều tính cải tiến khác Các chip ARM7 ARM9 có hai tập lệnh ( tập lệnh ARM 32-bit tập lệnh Thumb 16-bit), dòng Cortex thiết kế hỗ trợ tập lệnh ARM Thumb-2, phối hợp tập lệnh để đạt tương nhượng dung lượng code thời gian xử lý 2) Dòng STM32 Dòng STM32 ST sản suất, vi điều khiển dựa lõi ARM Cortex M3 Dòng STM32 thiết lập tiêu chuẩn hiệu suất, chi phí ứng dụng đòi hỏi tiêu thụ lượng thấp đòi hỏi khắt khe điều khiển thời gian thực 10 b) Đáp ứng SD Card Có dạng đáp ứng, tùy vào lệnh gửi mà ta có dạng R1, R2 R3 Trong đáp ứng R1 cho phần lớn lệnh 19 Đáp ứng R1: có độ dài bit, gồm bit trạng thái Khi lỗi xuất bit tương ứng đặt lên Giá trị 0x00 nghĩa thành công Đáp ứng R3: gồm R1 cộng với 32 bit OCR, dành cho lệnh CMD58 Ngoài có số dạng đáp ứng khác ứng gặp ) Khởi tạo SD Card Ở trạng thái Idle, SD Card chấp nhận CMD0, CMD1, ACMD41và CMD58, lệnh khác bị từ chối Các bước khởi tạo Card: 1) Gửi lệnh CMD1 đưa Cadr rời trạng Idle (gửi lệnh CMD1 đợi nhận Response thích hợp, Response thay đổi từ 0x01 sang 0x00) 2) Nếu muốn thay đổi độ dài khối liệu gửi lệnh CMD16 ( mặc định 512 bytes) ) Quá trình truyền liệu Host SD Card Trong trình trao đổi liệu, nhiều khối liệu gửi nhận sau đáp ứng lệnh Một khối liệu vận chuyển giống gói liệu bao gồm trường: Data Token, Data Block, CRC 20 Quá trình đọc khối liệu: Tham số ( argument) lệnh CMD17 xác định địa bắt đầu khối liệu cần đọc Khi lệnh CMD17 chấp nhận, hoạt động đọc liệu bắt đầu diễn ra, liệu gửi đến Host Sau Host nhận Data Token thích hợp, điều khiển bắt đầu nhận liệu bytes CRC theo sau Data token Host phải nhận bytes CRC không dùng đến Nếu có lỗi xuất hiện, Error token nhận thay Data packet Quá trình đọc nhiều khối liệu Tham số lệnh CMD18 xác định địa bắt đầu dãy khối liệu liên tiếp Khi lệnh CMD18 chấp nhận, hoạt động đọc liệu diễn ra, liệu gửi đến Host Sau Host nhận Response thích hợp, điều khiển bắt đầu nhận liệu Hoạt động nhận liệu kết thúc gửi lệnh CMD12, liệu nhận theo sau lệnh CMD12 ý nghĩa, cần bỏ qua trước nhận Respose cho lệnh CMD12 21 ) Giao diện SPI a) Giới thiệu giao diện SP Trong ARM Cortex M3 dòng “ high density”, giao diện SPI thực chức giao thức SPI giao thức âm I2S Chức mặc định SPI Giao diện SPI ( serial peripheral interface) phép truyền liệu nối tiếp đồng hai chế độ : haff duplex full duplex với thiết bị Ngoài sử dụng cho nhiều mục đích khác Simplex transfer hay reliable communication sử dụng mã kiểm tra CRC Khi SPI cấu hình giao thức I2S, cung cấp giao diện truyền liệu nối tiếp đồng bộ, cấu hình tiêu chuẩn âm khác bao gồm I2S Philips standard, MSB-justified standard, LSB- justified standard PCM standard b) Đặc điểm giao diện SP -Truyền đồng Ful duplex đường -Truyền đồng Simplex đường -Dữ liệu truyền dạng khung bit hay 16 bit -Có thể cấu hình Master Slave Mode -Có khả hoạt động Multimaster Mode -Có thể hoạt động nhiều tốc độ khác nhau, lớn lên đến 18 Mhz -Có thể lập trình cực tính pha xung clock -Có thể truyền MSB hay LSB trước -Cung cấp hai cờ chuyên dụng cho việc truyền nhận liệu kèm với ngắt -Cờ báo hiệu Bus SPI bận -Tích hợp Hardware CRC cho truyền thông tin cậy -Hỗ trợ DMA cho việc truyền liệu tốc độ cao c) SPI hoạt động chế độ Master Khi cấu hình SPI hoạt động Master, giao diện SPI cung cấp xung Clock cho thiết bị Slaver gắn với ( Ở Micro SD Card) Việc truyền liệu thực liệu ghi vào ghi đệm gửi Tx buffer Dữ liệu sau chuyển song song vào ghi dịch truyền bit sau dịch nối tiếp đến chân MOSI MSB hay LSB trước tùy vào cấu hình Cờ TXE đặt lên liệu chuyển từ Tx bufer sang ghi dịch ngắt tạo Khi nhận xong, liệu chuyển từ ghi dịch sang đệm nhận Rx buffer, cờ RXNE đặt lên ngắt tạo d) Cấu hình giao diện SPI để giao tiếp với Micro SD Card 22 Micro SD Card kết nối với giao diện SPI2 qua chân 1) SPI2_SCK ( PB13): xung clock SPI2 cấp cho SD Card 2) SPI2_MOSI ( PB15): liệu từ SPI2 đến SD Card 3) SPI2_MISO (PB14): liệu từ SD Card đến SPI2 Ngoài có chân SD_SC ( PA3): cho phép SD Card hoạt động Cấu hình giao diện SPI Sử dụng giao diện SPI2 -SPI1 hoạt động Master Mode -Full duplex -Dữ liệu truyền dạng khung bit -MSB trước - Không dùng DMA để truyền liệu -Tốc độ : gửi lệnh 36 MHz / 128 = 281 KHz đọc liệu 36 MHz / = 18 MHz Trạng thái clock tĩnh bên ( CPHA =0 : việc truyền nhận xảy cạnh xung clock, CPOL =0: trạng thái tĩnh clock âm) ( hay gọi SPI Mode 0) 23 PHẦN 5: Khối hiển thị Sử dụng LCD 16x2 LCD thông dụng thị trường Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất tích hợp chíp điều khiển bên lớp vỏ đưa chân giao tiếp cần thiết Sơ đồ kết nối LCD hình : 24 - Ý nghĩa chân LCD : 25 26 3)Sơ đồ kết nối phím nhấn - SW1 : chọn file trước 27 - SW2 : chọn file - SW3 : truyền file - SW4 : Dừng trình truyền file PHẦN 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ CODE LẬP TRÌNH 1)Tài liệu tham khảo - wikipedia.org - Một số đồ án Bluetooth - Pay It Forward Câu lạc Nghiên Cứu Khoa Học Khoa Điện - Điện tử Bách Khoa TP HCM - http://www.st.com 2)Code lập trình sbit LCD_RS at GPIOB_ODR.B9; sbit LCD_EN at GPIOB_ODR.B7; sbit LCD_D4 at GPIOB_ODR.B6; sbit LCD_D5 at GPIOB_ODR.B5; sbit LCD_D6 at GPIOA_ODR.B8; sbit LCD_D7 at GPIOA_ODR.B11; sbit Mmc_Chip_Select at GPIOb_ODR.B0; const LINE_LEN = 43; char j; char err_txt[20] = "FAT16 not found"; char filename[9] = "aaa.wav"; char filenome[9] = "bbb.txt"; unsigned long i, size; unsigned short loop, loop2; char Buffer[512]; char txt3[] = "bbb.txt"; char txt4[] = "aaa.wav"; char f=0; void UART1_Write_Line(char *uart_text) { UART1_Write_Text(uart_text); UART1_Write(13); UART1_Write(10); 28 } void Move_Delay() { Delay_ms(750); } void M_Open_File_Read() { char character; if(f==1){ Mmc_Fat_Assign(&filenome, 0); Mmc_Fat_Reset(&size); for (i = 1; i