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 ) ...................................................................................................................................................................................
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA BLUETOOTH GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân SVTH: Lê Thái Hà CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Mục đích Bluetooth công nghệ cho phép truyền thông thiết bị với mà không cần dây dẫn Nó chuẩn điện tử, điều có nghĩa hãng sản xuất muốn có đặc tính sản phẩm họ phải tuân theo yêu cầu chuẩn cho sản phẩm Những tiêu chuẩn kỹ thuật đảm bảo cho thiết bị nhận tương tác với sử dụng công nghệ Bluetooth Ngày phần lớn nhà máy sản xuất thiết bị có SWUR dụng công nghệ Bluetooth Các thiết bị gồm có điện thoại di động, máy tính thiết bị hỗ trợ cá nhân PDA (Prosonal Digital Assistant) 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 sử dụng để truyền thông hai loại thiết bị khác Ví dụ điện thoại smartphone kết nối Bluetooth với để truyền tải, gửi nhận liệu thông tin, đa phương tiện, hay chuột, bàn phím không dây kết nối bới máy tính Và cụ thể đề tài này, ta ứng dụng để xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị điện gia dụng Smartphone thông qua giao tiếp Bluetooth 1.2 Nội dung nhiệm vụ: Nội dụng: Sử dụng Module Bluetooth để truyền nhận liệu với Smartphone việc truyền nhận điều khiển vi điều khiển Vi điều khiển PIC16F877A, vi điều khiển có nhiệm vụ chính: xử lý liệu điều khiển kích đóng ngắt Relay để điều khiển thiết bị điện Nhiệm vụ: Phần mềm điều khiển điện thoại phải kết nối nhanh với mạch điều khiển, xác an toàn tuyệt đối Hệ thống mạch cứng vi xử lý có độ ổn định, bền, nhỏ gọn điều khiển xác thiết bị điện thao tác Smartphone Hạn chế tối đa nhiễu sử dụng với thiết bị điện khác nhau, đặc biệt thiết bị có nhiễu từ trường cao Khoảng cách điều khiển điện thoại Android mạch điều khiển đảm bảo hợp lý khoảng cách 100m Trang GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân SVTH: Lê Thái Hà Giá thành phải phù hợp với hệ thống ổn định có tính ứng dụng thực tiễn cao Trang GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân SVTH: Lê Thái Hà CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN CỨNG 2.1 Vi điều khiển PIC 16F877A: 2.1.1 Giới thiệu vi điều khiển PIC 16F887A: Các đặc trưng vi điều khiển PIC16F877A: Hình 1: PIC 16F887A - PIC 16F877A loại vi điều khiển 8bit tầm trung hãng microchip PIC 16F877A có kiến trúc Havard, sử dụng tập lệnh kiểu RISC (Reduced - Instruction Set Computer) với 35 lệnh Tất lệnh thực chu kì lệnh ngoại trừ lệnh rẽ nhánh Các chức PIC 16F887A: Hình 2: Chức PIC 16F887A Trang GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân SVTH: Lê Thái Hà 2.1.2 Sơ đồ chân: Hình 3: Sơ đồ chân PIC 16F887A 2.2 Module Bluetooth HC-06: Hình 4: Module Bluetooth HC-06 Trang GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân - SVTH: Lê Thái Hà Module bluetooth HC-06 MASTER / SLAVE dùng để thiết lập kết nối Serial hai thiết bị sóng bluetooth Điểm đặc biệt module bluetooth HC- - 06 module hoạt động hai chế độ: MASTER SLAVE Ở chê độ SLAVE: cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb bluetooth để dò tìm module sau pair với mã PIN 1234 Sau pair thành công có - cổng serial từ xa hoạt động baud rate 9600 Ở chế độ MASTER: module tự động dò tìm thiết bị bluetooth khác tiến hành pair chủ động mà không cần thiết lập từ máy tính smartphone Thông số kỹ thuật: Chuẩn Bluetooth: V2.0 + EDR Điện áp hoạt động : 3.3 - VDC, 30mA Kích thước 28mm x 15mm x 2.35mm Tần số: 2.4GHz ISM band Tốc độ: Asynchronous: 2.1 Mbps (Max)/160 kbps Synchronous: Mbps/1Mbps Tốc độ baudrate mặc định: 9600, 8bit liệu, 1bit Stop Hỗ trợ tốc độ baud: 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400, 460800 Nhiệt độ làm việc: -20 ~ 75 độ C Độ nhạy: -80dBm 2.1 Module có chế độ làm việc: + Kết nối truyền thông + Đáp ứng theo lệnh: Khi làm việc chế độ này, gửi • • • • lệnh AT để giao tiếp cài đặt module Tích hợp anten Kết nối biên mạch Cấu hình Slave hay Master cấu hình ban đầu, không thay đổi Sử dụng chip CSR Bluetooth V2.0 Giao tiếp lệnh AT: • Kết nối Module với USB TO COM set KEY xuống mức thấp (GND) • Cấp nguồn cho Module chuyển key lên 3.3V Giao tiếp UART vi điều khiển với module bluetooth: Vi điều khiển có module truyền thông nối tiếp USART Có chân liên quan đến module chân xung nhịp - XCK (chân số 1), chân truyền liệu – TxD (Transmitted Data) chân nhận liệu – RxD (Reveived Data) Trong chân XCK sử dụng chân phát nhận xung giữ nhịp chế độ truyền động Tuy nhiên không khảo sát chế độ truyền thông Trang GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân SVTH: Lê Thái Hà đồng bộ, cần quan tâm đến chân TxD RxD Vì chân truyền/nhận liệu đảm nhiệm chức độc lập (hoặc truyền, nhận), để kết nối chip AVR với (hoặc kết nối AVR với thiết bị hỗ trợ UART khác) nên phải đấu “chéo” chân TxD thiết bị thứ kết nối với RxD thiết bị ngược lại Module USART chip hoạt động “song công” (Full Duplex Operation), nghĩa trình truyền nhận liệu xảy đồng thời Trang GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân SVTH: Lê Thái Hà CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ GIAO TIẾP BLUETOOTH 3.1 Khái niệm Bluetooth: Bluetooth công nghệ không dây cho phép thiết bị điện, điện tử giao tiếp với khoảng cách ngắn, sóng vô tuyến qua băng tần chung ISM dãy tầng 2.40- 4,48 GHz để thay dây cable máy tính thiết bị truyền thông cá nhân, kết nối vô tuyến thiết bị điện tử lại với cách thuận lợi, giá thành rẻ 3.2 Đặc điểm: Các mức lượng Bluetooth • Mức lượng (100mW): Được thiết kế cho thiết bị có phạm vi hoạt động rộng (~100m) • Mức lượng (2.5mW): Cho thiết bị có phạm vi hoạt động thông thường (~10m) • Mức lượng (1mW): Cho thiết bị có phạm vi hoạt động ngắn (~10cm) 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 kết nối lên đến 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, độc lập phần cứng hệ điều hành sử dụng • Tính tương thích cao, nhiều nhà sản xuất phần cứng phần mềm hỗ trợ Trang GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân SVTH: Lê Thái Hà • An toàn bảo mật: tích hợp với xác nhận mã hóa Có khả bảo mật từ -> 128bits • Sử dụng “Frequency Hopping” giúp chống nhiễu giảm va chạm sóng tối đa • Bluetooth dùng giao tiếp liệu tiếng nói: có kênh để truyền tiếng nói, kênh để truyền liệu mạng cá nhân Khuyết điểm: • Khoảng cách kết nối ngắn so với công nghệ mạng không dây khác • Chỉ kết nối hai thiết bị với nhau, không kết nối thành mạng • Tốc độ truyền Bluetooth không cao • Bị nhiễu số thiết bị sử dụng sóng radio khác, trang thiết bị khác • Bảo mật thấp 3.3 Hoạt động Bluetooth: Bluetooth chuẩn kết nối không dây tầm ngắn, thiết kế cho kết nối thiết bị cá nhân hay mạng cục nhỏ phạm vi băng tần từ 2.4GHz đến 2.485GHz Bluetooth thiết kế hoạt động 79 tần số đơn lẻ Khi kết nối , tự động tìm tần số tương thích để di chuyển đến thiết bị cần kết nối khu vực nhằm đảm bảo liên tục Kỹ thuật Bluetooth coi phức tạp Nó dùng kỹ thuật nhảy tần số timeslot (TS), thiết kế để làm việc môi trường nhiễu tần số radio, Bluetooth dùng chiến lược nhảy tần để tạo nên sức mạnh liên kết truyền thông truyền thông thông minh Cứ lần gửi hay nhận packet xong, Bluetooth lại nhảy sang tần số mới, tránh nhiễu từ tín hiệu khác So sánh với hệ thống khác làm việc băng tần, sóng radio Bluetooth nhảy tần nhanh dùng packet ngắn Vì nhảy nhanh packet ngắn làm giảm va chạm với sóng từ lò vi sóng phương tiện gây nhiễu khác khí Có phương pháp sử dụng việc kiểm tra tính đắn liệu truyền đi: Trang GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân SVTH: Lê Thái Hà - Forwad Error Corrrection: thêm số bit kiểm tra vào phần Header hay - Payload packet Automatic Repeat Request: liệu truyền lại bên nhận - gửi thông báo nhận Cyclic Redundancy Check: mã CRC thêm vào packet để kiểm chứng liệu Payload có không Bluetooth dùng kỹ thuật sửa lỗi tiến FEC (Forward Error Correction) để sửa sai nhiễu tự nhiên truyền khoảng cách xa FEC cho phép phát lỗi, biết sửa sai truyền tiếp (khác với kỹ thuật BECBackward Error Control phát hiện, sửa, yêu cầu truyền lại) Giao thức băng tần sở (Baseband) Bluetooth kết hợp chuyển mạch chuyển đổi packet Các khe thời gian dành riêng cho packet phục vụ đồng Thực bước nhảy tần cho packet truyền Một packet danh nghĩa chiếm timeslot, mở rộng chiếm đến hay timeslot Bluetooth hỗ trợ kênh liệu bất đồng bộ, hay kênh tín hiệu thoại đồng lúc, hay kênh hỗ trợ lúc liệu bất đồng tín hiệu đồng Trang 10 GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân SVTH: Lê Thái Hà CHƯƠNG 4: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 4.1 Sơ đồ khối: Thiết bị điều khiển Khối vi điều khiển Module Bluetooth Khối nguồn Giao diện điều khiển Smartphone Khối Relay Hình 5: Sơ đồ khối 4.2 Sơ đồ nguyên lý Hình 6: Sơ đồ nguyên lý mạch Trang 11 GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân SVTH: Lê Thái Hà 4.3 Chức khối: 4.3.1 Khối nguồn: Hình 7: Khối nguồn - Điện áp đầu vào: 12 VDC Đi qua IC LM7805 điện áp VDC cấp vào khối vi điều khiển Relay Module Bluetooth hoạt động 3.3 – VDC 4.3.2 Khối Relay (khối công suất): Hình 8: Khối Relay - Relay (Rơ-le) công tắc điện từ kích hoạt điện Có trạng thái: - Đóng mở Điện áp vào 5V sử dụng transistor NPN (C1815) để điều khiển Khi S1 = 1; Q2 thông, có dòng điện cấp cho cuộn hút Relay Tiếp điểm nối với 3, đèn LED2 sáng, thiết bị điều khiển đóng Khi S1 = 0; Q2 tắt, dòng qua cuộn hút Tiếp điểm nối với 2, đèn LED2 tắt, thiết bị điều khiển ngắt Trang 12 GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân SVTH: Lê Thái Hà 4.3.3 Khối tạo xung ( Khối thạch anh) Hình 9: Khối thạch anh - Chọn thạch anh 20 MHz 4.3.4 Khối vi điều khiển sơ đồ kết nối chân với Module Bluetooth: Hình 10: Khối vi điều khiển 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 chân 25, 26, 31, 32 Trang 13 GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân SVTH: Lê Thái Hà 4.3.5 Khối Reset: Hình 11: Khối reset - Có tác dụng đưa vi điều khiển trạng thái ban đầu Khi nút Reset ấn điện áp +5V từ nguồn nối vào chân Reset vi điều khiển chạy thẳng xuống đất lúc điện áp chân vi điều khiển thay đổi đột ngột 0, VĐK nhận biết thay đổi khởi động lại trạng thái ban đầu cho hệ thống Trang 14 GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân SVTH: Lê Thái Hà CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 5.1 Sơ đồ mạch in: Hình 12: Mạch in 5.2 Mạch thực tế: Trang 15 GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân SVTH: Lê Thái Hà Hình 13: Mạch thực tế top Hình 14: Mạch thực tế bot Trang 16 GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân SVTH: Lê Thái Hà Trang 17 GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân SVTH: Lê Thái Hà CHƯƠNG 6: CHƯƠNG TRÌNH NẠP VÀO PIC #include #fuses NOWDT,NOPUT,HS,NOPROTECT,NOLVP #USE DELAY(CLOCK=20000000)//thach anh 20Mhz #define TB1 pin_a2 #define TB2 pin_a3 #define TB3 pin_a4 #use rs232(uart,baud=9600,parity=N,bits=8) int CR=0; #INT_RDA void recive() { char BT; BT=getc(); CR=BT; } void main() { enable_interrupts(GLOBAL); enable_interrupts(INT_RDA); while(true) { if(CR == '1') { output_low(TB1); } if(CR == '2') { output_high(TB1); Trang 18 GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân SVTH: Lê Thái Hà } if(CR == '3') { output_low(TB2); } if(CR == '4') { output_high(TB2); } if(CR == '5') { output_low(TB3); } if(CR == '6') { output_high(TB3); } } } Trang 19 GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân SVTH: Lê Thái Hà CHƯƠNG 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 phạm vi < 30m 7.2 Nhược điểm: • Ứng dụng chức tùy chọn • Khoảng cách điều khiển tùy thuộc vào thiết bị • Mạch điều khiển thiết kế đơn giản, nhiễu sử dụng thiết bị từ trường cao 7.3 Ứng dụng: • Tiết kiệm thời gian, công sức, dễ dàng việc điều khiển thiết bị xa ( nằm khoảng cách cho phép sử dụng bluetooth), địa hình không tốt thời tiết xấu Phần lớn ứng dụng phục vụ tốt cho sống ngày người 7.4 Hướng phát triển: • Thiết kế phần mạch điện hoàn hảo hơn, tích hợp thêm nhiều tính như: điều khiển, cảnh báo, đo đạc…vv • Thiết kế nhà thông minh • Thêm chuẩn kết nối khác mạch điện, điều khiển qua tín hiệu RF, Wifi, hay qua mạng LAN,… • Tiếp tục nghiên cứu mạch điều khiển, ứng dụng Mobile Android để thêm nhiều tính mới, độ ổn định hệ thống tăng thêm Tài liệu tham khảo: www.dientuvietnam.net www.codientu.org www.vntelecom.org Trang 20 GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân SVTH: Lê Thái Hà NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN ···································································································· ···································································································· ···································································································· ···································································································· ···································································································· ···································································································· ···································································································· ···································································································· ···································································································· ···································································································· ···································································································· ···································································································· ···································································································· ···································································································· ···································································································· ···································································································· 29.62% Trang 21 ... rs232(uart,baud=9600,parity=N,bits= 8) int CR=0; #INT_RDA void recive () { char BT; BT=getc () ; CR=BT; } void main () { enable_interrupts(GLOBAL); enable_interrupts(INT_RDA); while(true) { if(CR == '1 ') { output_low(TB 1); } if(CR... nhận điều khiển vi điều khiển Vi điều khiển PIC1 6F877A, vi điều khiển có nhiệm vụ chính: xử lý liệu điều khiển kích đóng ngắt Relay để điều khiển thiết bị điện Nhiệm vụ: Phần mềm điều khiển điện... phạm vi hoạt động rộng (~ 100m) • Mức lượng (2 .5mW): Cho thiết bị có phạm vi hoạt động thông thường (~ 10m) • Mức lượng (1 mW): Cho thiết bị có phạm vi hoạt động ngắn (~ 10cm) Ưu điểm: • Tiêu thụ