Điều khiển các thiết bị điện trong nhà từ xa qua bluetooth trên thiết bị android

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM NGUYỄN NGỌC HUY ĐỒ ÁNTỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ TỪ XA QUA BLUETOOTH TRÊN THIẾT BI ̣ ANDROID NGÀNH: ĐIỆN TỬ –ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN ; MÃ SỐ: D52027 CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG Người hướng dẫn: ThS VŨ VĂN RỰC HẢI PHỊNG – 2015 i LỜI CẢM ƠN Để có đề tài mong muốn, hồn thành đề tài thơi gian quy định đạt kết đề Việc khơng nỗ lực thân mà có giúp đỡ , bảo nhiệt tình thầy 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 chun mơn nên q trình làm đề tài có sai sót định Rất mong nhận phê bình, góp ý, q thầy cô bạn sinh viên ii 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 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: mô tả chức chân module: Bảng 2.2: số lệnh AT cho module Bluetooth HC-05 10 Bảng 2.3 Một số thông số Arduino UNO 15 Bảng 2.4 Một số câu lệnh thường gặp 20 iv DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Modul Bluetooth HC-05 Hình 2.2: Sơ đồ chân modul Bluetooth HC-05 Hình 2.3: Các chân vào Arduino Uno 15 Hình 2.4: File chạy phần mềm 17 Hình 2.5:Bố n lớp chin ́ h của ̣ điề u hành Android 22 Hình 2.6: Activity Satck 24 Hình 2.7: Chu kỳ sống Activity 25 Hình 2.8: Giao diê ̣n My Projects 28 Hình 2.9: Giao diện bên Projects 29 Hình 2.10: Các thành phần công cụ 29 Hình 3.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống 32 Hình 3.2: Giao diê ̣n phầ n mề m điề u khiể n 34 Hình 3.3: Giao diê ̣n Hercules Setup Untility Serial 37 Hình 3.4: Kit ma ̣ch Arduino 38 Hình 3.5: Giao diê ̣n Disigner của đồ án 44 v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN iii DANH MỤC HÌNH i LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG : GIỚI THIỆU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI 1.3 ĐỐI TƢỢNG VÀ PH ẠM VI NGHIÊN CỨU 1.4 HƢỚNG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN 1.5 TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN CHƢƠNG :TÌM HIỂU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH VÀ GIAO TIẾP NGOẠI VI 2.1 CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY BLUETOOTH 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Đặc điểm công nghệ Bluetooth 2.1.3 Hoạt động Bluetooth HC 05 2.1.4 Vấn đề bảo mật công nghệ Bluetooth 2.1.5 Module Bluetooth HC-05 2.2 KIT MẠCH ARDUINO 11 2.2.1 Giới thiệu Arduino 11 2.2.2 Phần cứng Arduino UNO R3 12 2.2.3.Phần mềm lập trình cho Arduino 15 2.3 HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID 22 2.3.1 Giới thiệu android 22 2.3.2 Chu kỳ ứng dụng andorid 23 CHƢƠNG : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 32 3.1 TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG 32 3.2 CÁC KHỐI TRONG HỆ THỐNG 33 3.2.1 Khố i phát tín hiêụ 33 3.2.2 Khố i thu tín hiêụ 36 3.2.3 Khố i xỷ lý tín hiêụ 38 3.2.4 Khố i thƣ̣c hiêṇ lênh ̣ 39 3.3 CHƢƠNG TRÌNH CHO ARDUINO VÀ ANDROID 42 3.3.1 Chƣơng trình code Arduino 42 3.3.2 Chƣơng trình cho Android 44 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƢƠNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 46 4.1 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN 46 4.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 46 4.3 NHƢỢC ĐIỂM 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 LỜI NÓI ĐẦU Ngày việc ứng dụng cho hệ thống điề u khiể n tự đô ̣ng ngày trở nên phổ biến, từ ứ ng 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 điề u khiể n tự đô ̣ng đời sống đại để người biết đến ứng dụng tầm quan trọng hệ thố ng điề u khiể n tự ̣ng Em tìm hiểu thực đề tài “ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ TỪ XA QUA BLUETOOTH TRÊN THIẾT BI ̣ ANDROID” CHƢƠNG :GIỚI THIỆU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong năm qua, khoa học máy tính xử lý thơng 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 BI ̣ 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 ngơn ngữ C trình biên dịch Codevison AVR, lập trình ứng dụng android dùng SDK, giao tiếp không dây Bluetooth… 1.3 ĐỐI TƢỢNG 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 HƢỚNG 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 ln bên cạnh Vì e có ý tưởng dùng điện thoại để điều khiển thiết bị điện nhà ta ngồi vị trí ngơi 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 Lưu đồ thuật toán Begin Khởi ta ̣o giao diên Bâ ̣t Bluetooth điên thoa ̣i Bâ ̣t tìm kiế m Bluetooth HC05 S Tên=HC05 Đ Chọn HC05 Pass=1234 Chuyể n về giao diê ̣n điề u khiể n Người dùng thực hiê ̣n 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 OF OF Send “a” Send “b” Send “c” OF OF OF OF Send “e” Send “f” Send “g” Send “h” Ngắ t kế t nố i 35 Send “d” 3.2.2 Khố i thu tín hiêụ 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 - 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 đổ i 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 đổ i tr ạng 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 36 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 khơng cần thiết lập Module tương thích với vi diều khiển 5V mà không cần chuyển đổ i m ức giao tiếp 5V 3.3V nhiều loại module khác b Giao tiế p PC với module bluetooth HC 05 Để có thể điề u chỉnh các thông số về tố c đô ̣ cũng mâ ̣t khẩ u an toàn cho Module Bluetooth ta phải kế t nố i với máy tính để cái đă ̣t la ̣i các thông số quan trước sử du ̣ng chúng Đấu nối gữa Bluetooth HC 05 với USB TO COM PL2303 - Chân màu trắ ng của USB sẽ nố i với chân TX module HC05 - Chân màu xanh USB nối với chân RX module HC05 - Chân màu đỏ nố i với chân VCC của HC 05 - Chân màu đen nố i với chân GND của HC 05 Cài đặt thông số quan trọng cho module HC 05 - Tải phần mềm Hercules Setup Untility cài đặt - Sau đó mở ứng du ̣ng lên và cho ̣n Serial Nó có giao diện sau Hình 3.3: Giao diê ̣n Hercules Setup Untility Serial - Trong phầ n Name : Ta cho ̣n cổ ng nói tiế p để kế t nố i 37 - Baud: Ta cho tố c đô ̣ kế t nố i cho cổ ng nố i tiế p - Data Size: Số byte dữ liê ̣u - Sử du ̣ng các lê ̣nh AT để giao tiế p với module thông qua phầ n mề m Hercules Setup - Các đặt lại mật : AT+PSWD=””$0D$0A Trong dấ u ngoă ̣c kép ta sẽ điề n mâ ̣t khẩ u ta cầ n cài đă ̣t cho module HC05 - Trong đề tài này module HC 05 hoạt động chế độ tự động Không kế t nố i chân 34 key 3.2.3 Khố i xỷ lý tín hiêụ a Kit ma ̣ch Arduino UNO Hình 3.4: 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) 38 b Lƣu đồ thuâ ̣t toán thƣ̣c hiêṇ Start Khởi ta ̣o UART, Led, IO Dữ liê ̣u vào từ UART 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==b Ký tự==c Ký tự==d ON1 OF Led Led OF Led OF Led OF Led ON Led ON Led ON Led ON Led ON Led ON Led ON Led ON Led ON K ý 1tự==e ON KLed ý tự==f Led ON Ký1tự==g Led ON Led ON Led ON Led ON Led ON ON Led OF ON Led OF ON Led OF ON OF Led Led ON Led ON Led ON Led ON Led ON Led ON Led ON Led ON Led ON Led ON Led ON Led ON 3.2.4 ̣ lê ̣ ON Led ONKhố i thƣ̣c hiên Lednh Led ON Led ON Led ON Led ON Led ON Ký tự==a Led ON Led ON ON ON ON 39 Ký tự==h ON a Giới thiêụ 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 40 c Sơ đồ mạch in mạch ghép nối Led Relay 41 3.3 CHƢƠNG TRÌNH CHO ARDUINO VÀ ANDROID 3.3.1 Chƣơng trình code Arduino //Khai báo thư viê ̣n Arduino #include //Cài đặt chân kết nối SoftwareSerial bluetooth(0, 1); //Chân RX và TX //Khai báo các chân của 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 ta ̣o giá tri ̣ban đầ u cho Bluetooth bluetooth.begin(9600);//tố c đô ̣ mă ̣c đinh ̣ 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); 42 } 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 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); } } 43 3.3.2 Chƣơng trình cho Android a Phầ n giao diêṇ Disigner Hình 3.5: Giao điê ̣n Disigner của đồ án 44 b Giao diêṇ Block Hình 3.6: Giao diê ̣n Block của đồ án 45 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƢỚNG 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 cơng 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 ĐƢỢC - Nắm vững ngơn 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 NHƢỢC ĐIỂM - Khoảng cách điều khiển hạn chế - Bộ điều khiển đơn giản, chưa có nhiều tính 4.4 ƢU ĐIỂM - Bộ điều khiển có tính ổn định cao - Giá thành hợp lý - Có tính thực tiễn cao 46 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/ 47 NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN Tinh thần thái độ, cố gắng sinh viêntrong 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 bản vẽ): Chấm điểm giảng viên hướng dẫn (Điểm ghi số chữ) Hải Phòng, ngày tháng năm 20 Giảng viên hướng dẫn 48 ĐÁNH GIÁ CỦA NGƢỜI PHẢN BIỆN 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, mơ hình (nếu có) …: Chấm điểm người phản biện (Điểm ghi bằngsố chữ) Hải Phòng, ngày tháng năm 20 Ngườiphảnbiện 49 ... ̣ng Em tìm hiểu thực đề tài “ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ TỪ XA QUA BLUETOOTH TRÊN THIẾT BI ̣ ANDROID CHƢƠNG :GIỚI THIỆU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong năm qua, khoa học máy tính xử lý... chọn đề tài : “ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ TỪ XA QUA BLUETOOTH TRÊN THIẾT BI ̣ ANDROID 1.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Mục đích nghiên cứu đề tài nghiên cứu họ vi điều khiển họ bít AVR cụ... cho thiết bị nhận tương tác với sử dụng công nghệ Bluetooth Ngày phần lớn nhà máy sản xuất thiết bị có sử dụng cơng nghệ Bluetooth Các thiết bị gồm có điện thoại di động, máy tính thiết bị hỗ