có sơ đồ nguyên lý, sơ đồ khối, sơ đồ thuật toán và hướng dẫn chi tiết về ĐIỀU KHIỂN THIẾT bị QUA BLUETOOTH dùng PIC ( có code và mạch in ) ...................................................................................................................................................................................
Trang 1ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA
BLUETOOTH
Trang 2CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Mục đích
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 đó đảm bảo cho các thiết 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 SWUR 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 được sử dụng để truyền thông giữa hai loại thiết bị khác nhau
Ví dụ như 2 điện thoại smartphone cùng kết nối Bluetooth với nhau để truyền tải, gửi nhận dữ liệu thông tin, đa phương tiện, hay chuột, bàn phím không dây kết nối bới máy tính Và cụ thể ở đề tài này, ta sẽ ứng dụng để xây dựng một hệ thống điều khiển các thiết bị điện gia dụng bằng Smartphone thông qua giao tiếp Bluetooth
1.2 Nội dung và nhiệm vụ:
Nội dụng: Sử dụng một Module Bluetooth để truyền nhận dữ liệu với
Smartphone và việc truyền nhận này được điều khiển bởi một vi điều khiển Vi điều khiển ở đây là PIC16F877A, vi điều khiển này có 2 nhiệm vụ chính: xử lý
dữ liệu và điều khiển kích đóng ngắt các Relay để điều khiển các thiết bị điện
Trang 3 Giá thành phải phù hợp với một hệ thống ổn định và có tính ứng dụng thực tiễn cao.
Trang 4CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN CỨNG
2.1 Vi điều khiển PIC 16F877A:
2.1.1 Giới thiệu về vi điều khiển PIC 16F887A:
Các đặc trưng của vi điều khiển PIC16F877A:
Hình 1: PIC 16F887A
- PIC 16F877A là loại vi điều khiển 8bit tầm trung của hãng microchip
- PIC 16F877A có kiến trúc Havard, sử dụng tập lệnh kiểu RISC (Reduced Instruction Set Computer) với chỉ 35 lệnh cơ bản
- Tất cả các lệnh được thực hiện trong một chu kì lệnh ngoại trừ các lệnh rẽ nhánh
Các chức năng cơ bản của PIC 16F887A:
Hình 2: Chức năng của PIC 16F887A.
Trang 52.1.2 Sơ đồ chân:
Hình 3: Sơ đồ chân PIC 16F887A
2.2 Module Bluetooth HC-06:
Hình 4: Module Bluetooth HC-06
Trang 6- Module bluetooth HC-06 MASTER / SLAVE dùng để thiết lập kết nối Serial giữa hai thiết bị bằng sóng bluetooth Điểm đặc biệt của module bluetooth HC-
06 là module có thể hoạt động được ở hai chế độ: MASTER hoặc SLAVE
- Ở chê độ SLAVE: cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb bluetooth để
dò tìm module sau đó pair với mã PIN là 1234 Sau khi pair thành công sẽ có 1 cổng serial từ xa hoạt động ở baud rate 9600
- Ở chế độ MASTER: module sẽ tự động dò tìm thiết bị bluetooth khác và tiến hành pair chủ động mà không cần thiết lập gì từ máy tính hoặc smartphone
- Thông số kỹ thuật:
Chuẩn Bluetooth: V2.0 + EDR
Điện áp hoạt động : 3.3 - 5 VDC, 30mA
+ 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
• Tích hợp anten
• Kết nối ở biên mạch
• Cấu hình Slave hay Master là cấu hình ban đầu, không thay đổi được
• Sử dụng chip CSR Bluetooth V2.0
Giao tiếp bằng lệnh AT:
• Kết nối Module với USB TO COM set KEY xuống mức thấp (GND)
• Cấp nguồn cho Module và chuyển key lên 3.3V
Giao tiếp UART giữa vi điều khiển với module bluetooth:
Vi điều khiển có 1 module truyền thông nối tiếp USART Có 3 chân chính liên quan đến module này đó là chân xung nhịp - XCK (chân số 1), chân truyền
dữ liệu – TxD (Transmitted Data) và chân nhận dữ liệu – RxD (Reveived Data) Trong đó chân XCK chỉ được sử dụng như là chân phát hoặc nhận xung giữ nhịp trong chế độ truyền động bộ Tuy nhiên ở đây không khảo sát chế độ truyền thông
Trang 7đồng bộ, vì thế chỉ cần quan tâm đến 2 chân TxD và RxD Vì các chân truyền/nhận dữ liệu chỉ đảm nhiệm 1 chức năng độc lập (hoặc là truyền, hoặc là nhận), để kết nối các chip AVR với nhau (hoặc kết nối AVR với thiết bị hỗ trợ UART khác) nên phải đấu “chéo” 2 chân này TxD của thiết bị thứ nhất kết nối với RxD của thiết bị 2 và ngược lại Module USART trên chip hoạt động “song công” (Full Duplex Operation), nghĩa là quá trình truyền và nhận dữ liệu có thể xảy ra đồng thời.
Trang 8CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ GIAO TIẾP BLUETOOTH
3.1 Khái niệm về Bluetooth:
Bluetooth là công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện, điện tử có thể giao tiếp với nhau trong khoảng cách ngắn, bằng sóng vô tuyến qua băng tần chung ISM trong dãy tầng 2.40- 4,48 GHz để thay thế dây cable 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, giá thành rẻ
3.2 Đặc điểm:
Các mức năng lượng của Bluetooth
• Mức năng lượng 1 (100mW): Được thiết kế cho những thiết bị có
• 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 tới đa 1Mbps mà các thiết bị không cần phải trực tiếp 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
Trang 9• An toàn và bảo mật: được tích hợp với sự xác nhận và mã hóa Có khả năng bảo mật từ 8 -> 128bits.
• Sử dụng “Frequency Hopping” giúp chống nhiễu giảm va chạm sóng tối đa
• Bluetooth được dùng trong giao tiếp dữ liệu tiếng nói: có 3 kênh để truyền tiếng nói, và 7 kênh để truyền dữ liệu trong một mạng cá nhân
Khuyết 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
• Tốc độ truyền của Bluetooth không cao
• Bị nhiễu bởi một số thiết bị sử dụng sóng radio khác, các trang thiết
bị khác
• Bảo mật còn thấp
3.3 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
Kỹ thuật Bluetooth có thể coi là phức tạp Nó dùng kỹ thuật nhảy tần
số trong các timeslot (TS), được thiết kế để làm việc trong môi trường nhiễu tần số radio, Bluetooth dùng chiến lược nhảy tần để tạo nên sức mạnh liên kết truyền thông và truyền thông thông minh Cứ mỗi lần gửi hay nhận một packet xong, Bluetooth lại nhảy sang một tần số mới, như thế sẽ tránh được nhiễu từ các tín hiệu khác
So sánh với các hệ thống khác làm việc trong cùng băng tần, sóng radio của Bluetooth nhảy tần nhanh và dùng packet ngắn hơn Vì nhảy nhanh và packet ngắn sẽ làm giảm va chạm với sóng từ lò vi sóng và các phương tiện gây nhiễu khác trong khí quyển
Có 3 phương pháp được sử dụng trong việc kiểm tra tính đúng đắn của
dữ liệu truyền đi:
Trang 10- Forwad Error Corrrection: thêm 1 số bit kiểm tra vào phần Header hay Payload của packet.
- Automatic Repeat Request: dữ liệu sẽ được truyền lại cho tới khi bên nhận gửi thông báo là đã nhận đúng
- Cyclic Redundancy Check: mã CRC thêm vào các packet để kiểm chứng liệu Payload có đúng không
Bluetooth dùng kỹ thuật sửa lỗi tiến FEC (Forward Error Correction)
để sửa sai do nhiễu tự nhiên khi truyền khoảng cách xa FEC cho phép phát hiện lỗi, biết sửa sai và truyền đi tiếp (khác với kỹ thuật BEC-Backward Error Control chỉ phát hiện, không biết sửa, yêu cầu truyền lại).Giao thức băng tần cơ sở (Baseband) của Bluetooth là sự kết hợp giữa chuyển mạch và chuyển đổi packet Các khe thời gian có thể được dành riêng cho các packet phục vụ đồng bộ Thực hiện bước nhảy tần cho mỗi packet được truyền đi Một packet trên danh nghĩa sẽ chiếm 1 timeslot, nhưng nó có thể mở rộng chiếm đến 3 hay 5 timeslot
Bluetooth hỗ trợ 1 kênh dữ liệu bất đồng bộ, hay 3 kênh tín hiệu thoại đồng bộ nhau cùng một lúc, hay 1 kênh hỗ trợ cùng lúc dữ liệu bất đồng bộ và tín hiệu đồng bộ
Trang 11CHƯƠNG 4: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 4.1 Sơ đồ khối:
Thiết bị được điều khiểnKhối vi điều khiểnModule BluetoothKhối nguồnGiao diện điều khiển trên Smartphone
Khối Relay
Hình 5: Sơ đồ khối
4.2 Sơ đồ nguyên lý
Hình 6: Sơ đồ nguyên lý mạch
Trang 124.3 Chức năng của từng khối:
4.3.1 Khối nguồn:
Hình 7: Khối nguồn
- Điện áp đầu vào: 12 VDC
- Đi qua IC LM7805 được điện áp 5 VDC cấp vào khối vi điều khiển và Relay Module Bluetooth hoạt động ở 3.3 – 5 VDC
4.3.2 Khối Relay (khối công suất):
Trang 134.3.3 Khối tạo xung ( Khối thạch anh)
Hình 9: Khối thạch anh
- Chọn thạch anh 20 MHz
4.3.4 Khối vi điều khiển và sơ đồ kết nối chân với Module Bluetooth:
Hình 10: Khối vi điều khiển và sơ đồ kết nối chân với Module Bluetooth
- Vi điều khiển PIC 16F887A kết nối với module bluetooth qua bốn chân: Tx,
Rx, Vcc, GND tương ứng với các chân 25, 26, 31, 32
Trang 144.3.5 Khối Reset:
Hình 11: Khối reset
- Có tác dụng đưa vi điều khiển về trạng thái ban đầu Khi nút Reset được ấn điện áp +5V từ nguồn được nối vào chân Reset của vi điều khiển được chạy thẳng xuống đất lúc này điện áp tại chân vi điều khiển thay đổi đột ngột về 0, VĐK nhận biết được sự thay đổi này và khởi động lại trạng thái ban đầu cho hệ thống.
Trang 15CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
5.1 Sơ đồ mạch in:
Hình 12: Mạch in
5.2 Mạch thực tế:
Trang 16Hình 13: Mạch thực tế top.
Hình 14: Mạch thực tế bot
Trang 18CHƯƠNG 6: CHƯƠNG TRÌNH NẠP VÀO PIC
Trang 20CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN
7.1 Ưu điểm:
• Mạch có thiết kế nhỏ gọn
• Dễ lắp đặt, giá thành rẻ, dễ dàng kết nối với thiết bị để điều khiển
• Điều khiển tốt trong phạm vi < 30m
7.2 Nhược điểm:
• Ứng dụng còn ít chức năng cũng như các tùy chọn còn ít
• Khoảng cách điều khiển còn tùy thuộc vào từng thiết bị
• Mạch điều khiển được thiết kế còn khá đơn giản, còn nhiễu khi sử dụng các thiết bị từ trường cao
7.3 Ứng dụng:
• Tiết kiệm được thời gian, công sức, và dễ dàng hơn đối với việc điều khiển các thiết bị ở xa ( nằm trong khoảng cách cho phép sử dụng bluetooth), địa hình không tốt hoặc thời tiết xấu Phần lớn ứng dụng này phục vụ tốt cho cuộc sống hằng ngày của con người
7.4 Hướng phát triển:
• Thiết kế phần mạch điện hoàn hảo hơn, tích hợp thêm nhiều tính năng mới như: điều khiển, cảnh báo, đo đạc…vv
• Thiết kế ngôi nhà thông minh
• Thêm các chuẩn kết nối khác trên mạch điện, điều khiển qua tín hiệu RF, Wifi, hay qua mạng LAN,…
• Tiếp tục nghiên cứu mạch điều khiển, cũng như ứng dụng trên Mobile Android
để thêm nhiều tính năng mới, cũng như độ ổn định của hệ thống tăng thêm
Tài liệu tham khảo:
1 www.dientuvietnam.net
2 www.codientu.org
3 www.vntelecom.org
Trang 21NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN
···
···
···
···
···
···
···
···
···
···
···
···
···
···
···
···
29.62%