ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ TỪ XA QUA BLUETOOTH TRÊN THIẾT BỊ ANDROID
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM NGUYỄN NGỌC HUY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ TỪ XA QUA BLUETOOTH TRÊN THIẾT BỊ ANDROID NGÀNH: ĐIỆN TỬ –ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN ; MÃ SỐ: D52027 CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Người hướng dẫn: ThS VŨ VĂN RỰC HẢI PHÒNG – 2015 1 LỜI CẢM ƠN Để có đề tài mong muốn, hoàn thành đề tài thơi gian quy định đạt kết đề Việc không nỗ lực thân mà có giúp đỡ , bảo nhiệt tình thầy cô tham gia góp ý kiến bạn bè Em xin chân thành cảm ơn : Sự dẫn góp ý chân thành thầy Cám ơn thầy nhiệt tình cung cấp tài liệu, thông tin hướng dẫn hỗ trợ kiểm tra, khắc phục thông tin chưa chuẩn xác Các bạn sinh viên lớp giúp đỡ nhiều mặt phương tiện, sách vở, ý kiến Do chư có nhiều kinh nghiêm kiến thức chuyên môn nên trình làm đề tài có sai sót định Rất mong nhận phê bình, góp ý, quý thầy cô bạn sinh viên 2 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan : Nhưng nội dung đề tài em thực hướng dẫn trực tiếp thầy Vũ Văn Rực Mọi tài liệu tham khảo đề có trang web Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo hay giam tra em xin tự chụi hoàn toàn trách nhiệm Sinh viện Nguyễn Ngọc Huy 3 DANH MỤC BẢNG 4 DANH MỤC HÌNH v MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Ngày việc ứng dụng cho hệ thống điều khiển tự động ngày trở nên phổ biến, từ ứng dụng đơn giản điều khiển chốt đền giao thông định thời, đếm sản phẩm dây chuyền sản xuất, điều khiển động điện chiều, xoay chiều, … đến ứng dụng phức tạp điều khiển robot, hệ thống kiểm soát, hệ thống tự động, thiết bị máy móc tự động, Với mong muốn giới thiệu ứng dụng hệ thống điều khiển tự động đời sống đại để người biết đến ứng dụng tầm quan trọng hệ thống điều khiển tự động Em tìm hiểu thực đề tài “ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ TỪ XA QUA BLUETOOTH TRÊN THIẾT BỊ ANDROID” CHƯƠNG : GIỚI THIỆU 1.1.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong năm qua, khoa học máy tính xử lý thông tin có bước tiến vượt bậc ngày phát triển mạnh Đặc biệt đời phát triển nhanh chóng kỹ thuật số làm cho ngành điện tử trở nên phong phú đa dạng Đã 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 nay.Với mong muốn áp dụng công nghệ số vào thực tiễn Vì em chọn đề tài : “ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ TỪ XA QUA BLUETOOTH TRÊN THIẾT BỊ ANDROID” 1.2.MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Mục đích nghiên cứu đề tài nghiên cứu họ vi điều khiển họ bít AVR cụ thể Atmega328 , phương pháp lập trình cho AVR ngôn ngữ C trình biên dịch Codevison AVR, lập trình ứng dụng android dùng SDK, giao tiếp không dây Bluetooth… 1.3.ĐỐI TƯỢNG VÀ PH ẠM VI NGHIÊN CỨU - Vi điều khiển sử dụng AVR Atmega328, để nắm cấu trúc phần cứng, lập trình phần mềm ứng dụng vào thực tế - Phần mềm điều khiển android - Modul bluetooth HC-05 1.4 HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN - Hiện thời kỳ kinh tế phát triển, đời sống nâng cao Mọi người gần sở hữu điện thoại thông minh Mà điện thoại bên cạnh Vì e có ý tưởng dùng điện thoại để điều khiển thiết bị điện nhà ta ngồi vị trí nhà - Nắm bắt cấu trúc phần cứng, sơ đồ khối, bố trí chân, tập lệnh điều khiển cho AVR ATMega328 - Tìm hiểu lập trình phần mềm android giao tiếp Bluetooth - Kết cuối điều khiển tắt mở bóng đèn điều khiển tốc độ động điều khiển độ sáng đèn ổn định Bằng phần mềm Android điện thoại 1.5 TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN Nội dung đồ án chia làm phần - Tìm hiểu hệ điều hành giao tiếp ngoại vi - Tìm hiểu kit Arduino - Tìm hiểu lập trình Ardroid - Thiết kế điều khiển android Kit arduino thông qua module Bluetooth HC05 - Kết hướng phát triển CHƯƠNG :TÌM HIỂU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH VÀ GIAO TIẾP NGOẠI VI 2.1 CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY BLUETOOTH 2.1.1 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 đối cho sản phẩm Những tiêu kỹ thuật bảo đảm cho thiết bị nhận tương tác với sử dụng công nghệ Bluetooth Ngày phần lớn nhà máy sản xuất thiết bị có sử dụng công 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 công nghệ truyền thông với thiết bị khác với khoảng cách định cự ly để đảm bảo công suất cho việc phát nhận sóng Công nghệ thường sử dụng để truyền thông hai loại thiết bị khác 2.1.2 Đặc điểm công nghệ Bluetooth a Ưu điểm - Tiêu thụ lượng thấp, cho phép ứng dụng nhiều loại thiết bị bao gồm thiết bị cầm tay điện thoại di động - Giá thành ngày giảm - Khoảng cách giao tiếp cho phép hai thiết bị đầu cuối lên đến 10m, khoảng cách thiết bị đầu cuối lên tới 100m - Bluetooth sử dụng băng tần 2.4GHz Tốc độ truyền liệu đạt tới mức tới đa 1Mbps mà thiết bị không cần phải trực tiếp thấy - Dễ dàng việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối ứng dụng với ứng dụng khác thông qua chuẩn Bluetooth profiles, độc lập phần cứng cững hệ điều hành sử dụng - Tính tương thích cao, nhiều nhà sản xuất phần cứng phần mềm hỗ trợ b Khuyết điểm 10 Bật Bluetooth điên thoại Bật tìm kiếm Bluetooth HC05 S Tên=HC05 Đ Chọn HC05 Pass=1234 Chuyển giao diện điều khiển Người dùng thực ON Send “1” ON ON Send “2” Send “3” ON Send “4” ON ON ON ON Send “2” Send “2” Send “2” Send “2” OF OF Send “a” Send “b” Send “c” Send “d” OF OF OF OF Send “f” Send “g” Send “h” Send “e” OF Ngắt kết nối 3.2.2 Khối thu tín hiệu a Thông số Module Bluetooth HC-05 Đặc điểm kỹ thuật: - Chuẩn Bluetooth : V2.0+EDR - Điện áp hoạt động : 3,3VDC/ 30mA - Chế độ hoạt động : Master , Slave, Loopback - Kích thước 28mm x 15mm x 2.35mm - Tần số: 2.4GHz ISM band 41 OF - Tốc độ: Asynchronous : 2.1 Mbs (Max)/160kbps Synchronous : 1Mbps/1Mbps - Bảo mật : Authentication and encryption - Giao tiếp : Bluetooth serial port - Baud Rate mặc định : 38400, databits : 8, Stopbit : 1, Parity : No Hỗ trợ tốc độ baud : 9600,19200,38400,57600,115200,230400,460800 - Nhiệt độ làm việc : -20 ~ 75 độ C - Độ nhạy : -80dBm - Công suất truyền : +4dBm - Tự động kết nối với pincode mặc định “1234” - Tự động reconnect 30 phút bị đứt kết nối Module có chế độ làm việc ( chọn chế độ làm việc cách thay đổi trạng thái chân KEY-34 - Đáp ứng theo lệnh: làm việc chế độ này, gửi lệnh AT để giao tiếp với module Gaio tiếp với module giao tiếp nối tiếp không đồng qua hai đường RX TX Bằng cách thay đổi trạng thái chân KEY cấu hình chế độ hoạt động cho modue - Để module làm việc chế độ tự động kết nối: KEY phải trạng thái Floating ( trạng thái không kết nối ) - Để module làm việc chế độ đáp ứng theo lệnh : KEY=’0’, cấp nguồn cho module, chuyển KEY = ‘1’, lúc giao tiếp với modul tập lệnh AT Ở chế độ SLAVE: cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb bluetooth để dò tìm module ghép nối với pincode mặc định ”1234” “1111”Ở chế độ MASTER : modul tự động dò tìm thiết bị Bluetooth khác tiến hành ghép nối chủ động mà không cần thiết lập Module tương thích với vi diều khiển 5V mà không cần chuyển đổi mức giao tiếp 5V 3.3V nhiều loại module khác b Giao tiếp PC với module bluetooth HC05 42 Để điều chỉnh thông số tốc độ mật an toàn cho Module Bluetooth ta phải kết nối với máy tính để đặt lại thông số quan trước sử dụng chúng Đấu nối gữa Bluetooth HC05 với USB TO COM PL2303 - Chân màu trắng USB nối với chân TX module HC05 - Chân màu xanh USB nối với chân RX module HC05 - Chân màu đỏ nối với chân VCC HC05 - Chân màu đen nối với chân GND HC05 Cài đặt thông số quan trọng cho module HC05 - Tải phần mềm Hercules Setup Untility cài đặt - Sau mở ứng dụng lên chọn Serial Nó có giao diện sau Hình 3.13: Giao diện Hercules Setup Untility Serial - Trong phần Name: Ta chọn cổng nói tiếp để kết nối Baud: Ta cho tốc độ kết nối cho cổng nối tiếp Data Size: Số byte liệu Sử dụng lệnh AT để giao tiếp với module thông qua phần mềm Hercules Setup - Các đặt lại mật khẩu: AT+PSWD=””$0D$0A Trong dấu ngoặc kép ta điền mật ta cần cài đặt cho module HC05 - Trong đề tài module HC05 hoạt động chế độ tự động Không kết nối chân 34 key 3.2.3 Khối xỷ lý tín hiệu a Kit mạch Arduino UNO 43 Hình 3.14: Kit mạch Arduino Có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ modul Bluetooth, xử lý xuất liệu cho modul role - Tốc độ tối đa : 16MHz - Dung lượng bọ nhớ chương trình : 8Kb - Bộ nhớ EEPROM : 512 Byte - Dung lượng nhớ RAM : 1Kb - Bộ nhớ chương trình có khả ghi 10.000 lần, nhớ EEPROM ghi 100.000 lần Hỗ trợ bootloader, có khả tự ghi vào nhớ chương trình, cập nhật chương trình cho chip mà không cần mạch nạp - Timer 8bit: - Timer 16bit: - ADC: kênh, 10bit - Giao tiếp: I2C, UART, SPI - Điện áp hoạt động : 2.7V-5.5V ( Atmega8L), 4.5V-5.5V( Atmega328) b Lưu đồ thuật toán thực Start Khởi tạo UART, Led, IO Dữ liệu vào từ UART 44 Ký tự==1 Ký tự==2 Ký tự==3 Ký tự==4 Led ON Led ON Led ON Led ON Ký tự==5 Ký tự==7 Ký tự==6 Ký tự==8 Led ON Led ON Led ON Ký tự==a Ký tự==b Ký tự==c Ký tự==d Led OF Led OF Led OF Led OF Ký tự==f Ký tự==g Ký tự==h Led OF Led OF Led OF Led ON Ký tự==e Led OF 3.2.4 Khối thực lệnh a Giới thiệu Relay Rơle công tắc điều khiển từ xa đơn giản, dùng dòng nhỏ để điều khiển dòng lớn dùng để bảo vệ công tắc nên xem thiết bị bảo vệ Một rơle điển hình điều khiển mạch điều khiển nguồn Kết cấu rơle gồm có lõi sắt ,một cuộn từ tiếp điểm b Sơ đồ nguyên lý mạch ghép nối Led Relay 45 46 c Sơ đồ mạch in mạch ghép nối Led Relay 47 3.3 CHƯƠNG TRÌNH CHO ARDUINO VÀ ANDROID 3.3.1 Chương trình code Arduino //Khai báo thư viện Arduino #include //Cài đặt chân kết nối SoftwareSerial bluetooth(0, 1); //Chân RX TX //Khai báo chân Arduino int ledPin2 = 2; int ledPin4 = 4; int ledPin5 = 5; int ledPin7 = 7; int ledPin8 = 8; int ledPin9 = 9; int ledPin10 = 10; int ledPin12 = 12; //Giá tri đầu int BluetoothData; void setup() { //Khởi tạo giá trị ban đầu cho Bluetooth bluetooth.begin(9600);//tốc độ mặc định bluetooth //gán cổng mạch Arduino pinMode(ledPin2,OUTPUT); pinMode(ledPin4,OUTPUT); pinMode(ledPin5,OUTPUT); pinMode(ledPin7,OUTPUT); pinMode(ledPin8,OUTPUT); pinMode(ledPin9,OUTPUT); pinMode(ledPin10,OUTPUT); pinMode(ledPin12,OUTPUT); } void loop() { if (bluetooth.available()) BluetoothData=bluetooth.read(); // bật đèn if(BluetoothData=='1'){digitalWrite(ledPin2,1);} if(BluetoothData=='2'){digitalWrite(ledPin4,1);} if(BluetoothData=='3'){digitalWrite(ledPin5,1);} if(BluetoothData=='4'){digitalWrite(ledPin7,1);} if(BluetoothData=='5'){digitalWrite(ledPin8,1);} if(BluetoothData=='6'){digitalWrite(ledPin9,1);} if(BluetoothData=='7'){digitalWrite(ledPin10,1);} if(BluetoothData=='8'){digitalWrite(ledPin12,1);} // tắt đèn 48 if (BluetoothData=='a'){digitalWrite(ledPin2,0); } if (BluetoothData=='b'){digitalWrite(ledPin4,0); } if (BluetoothData=='c'){digitalWrite(ledPin5,0); } if (BluetoothData=='d'){digitalWrite(ledPin7,0); } if (BluetoothData=='e'){digitalWrite(ledPin8,0);} if (BluetoothData=='f'){digitalWrite(ledPin9,0); } if (BluetoothData=='g'){digitalWrite(ledPin10,0); } if (BluetoothData=='h'){digitalWrite(ledPin12,0); } } 49 3.3.2 Chương trình cho Android a Phần giao diện Disigner Hình 3.15: Giao điện Disigner đồ án 50 b Giao diện Block Hình 3.6: Giao diện Block đồ án 51 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 4.1 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN Đề tài “ Điều khiển thiết bị điện từ xa điện thoại Android qua sóng Bluetooth ” đề tài tính thực tiễn Có thể giải nhiều toán điều khiển từ xa Vì thời đại điện thoại Android phổ biến với người Không vật đồng hành với lúc, nơi Chính cần phải tận dụng vào công việc hàng ngày Từ đồ án “Điều khiển thiết bị điện từ xa điện thoại Android qua sóng Bluetooth” đề tài thực tế với thời kỳ - 4.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Nắm vững ngôn ngữ lập trình C Biết thêm hệ điều hành android phương pháp lập trình android Biết kit mạch arduino module Bluetooth HC 05 Biết thêm cách giao tiếp điện thoại android kit arduino Thành thạo vẽ Orcad Thành thạo phần mềm Word 4.3 NHƯỢC ĐIỂM - Khoảng cách điều khiển hạn chế - Bộ điều khiển đơn giản, chưa có nhiều tính 4.4 ƯU ĐIỂM - Bộ điều khiển có tính ổn định cao - Giá thành hợp lý - Có tính thực tiễn cao 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO • • • • • • • Trang Web: adruino360.com Trang Web: aduino.vn http://khoapham.vn/khoa-hoc-lap-trinh-android.html http://appinventor.mit.edu http://www.techbitar.com http://android.vn/ Android Developer: http://www.droidviet.com/ NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 53 Tinh thần thái độ, cố gắng sinh viên trình thực Đồ án/khóa luận: Đánh giá chất lượng Đồ án/khóa luận tốt nghiệp (so với nội dung yêu cầu đề mặt: lý luận, thực tiễn, chất lượng thuyết minh vẽ): Chấm điểm giảng viên hướng dẫn (Điểm ghi số chữ) Hải Phòng, ngày tháng năm 20 Giảng viên hướng dẫn ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN 54 Đánh giá chất lượng Đồ án/khóa luận tốt nghiệp mặt: thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý thuyết, vận dụng vào điều kiện cụ thể, chất lượng thuyết minh vẽ, mô hình (nếu có) …: Chấm điểm người phản biện (Điểm ghi số chữ) Hải Phòng, ngày tháng năm 20 Người phản biện 55