ĐIỀU KHIỂN THIẾT bị BẰNG BLUETOOTH

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG CƠ SỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ BÁO CÁO MÔN THỰC HÀNH CƠ SỞ Đề tài : Mạch điều khiển thiết bị điện Android qua sóng Bluetooth Giáo viên hướng dẫn : Th.s Trần Quang Thuận Nhóm sinh viên thực : Nhóm Lớp : D14CQDT01-N HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG CƠ SỞ TP.HCM KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ  NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN THỰC HÀNH CƠ SỞ Nhóm 03: Họ tên SV: Phan Huy Cường MSSV:N14DCDT028 Họ tên SV: Nguyễn Văn Khánh Anh MSSV:N14DCDT030 Ngành : Kỹ thuật điện tử Lớp: D14CQDT01-N ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG ĐIỆN THOẠI ANDROID QUA SÓNG BLUETOOTH I – NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 1- Tìm hiểu nguyên tắc thu phát hồng ngoại + Khái niệm + Nguyên tắc hoạt động 2- Giới thiệu linh kiện dùng mạch: - Moudule giảm áp 2596 x - Domino x - Role 12V x - Điện trở 1,2 k x - Led x - Rào vuông x - Rào đực vuông x - Bộ nguồn 12V ( 2ampe ) x1 - Arduino uno R3 x - Module bluetooth HC05 x - IC 2803 + Đế 18 chân x 3- Tính toán thiết kế: + Module nguồn + Khối module Bluetooth + Khối xử lí trung tâm + Khối chấp hành ( Rơ-le 12V,đèn báo ) + Khối điều khiển 4- Mô mạch dùng phần mềm Proteus 8.1 5- Thi công mạch + Sơ đồ Layout + Chạy thực tế 6-Ngày giao đồ án : 7-Ngày hoàn thành đồ án: 8-Ngày bào cáo đồ án: 9-Họ tên người hướng dẫn: Th.S Trần Quang Thuận Nội dung yêu cầu ĐA thơng qua Ngày tháng TRƯỞNG BỘ MƠN năm 2017 NGƯỜI HƯỚNG DẪN Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận LỜI MỞ ĐẦU N gày nay, xã hội phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật ngày đại nên nhu cầu trao đổi thơng tin giải trí, nhu cầu điều khiển thiết bị từ xa, ngày cao Và hệ thống dây cáp phức tạp lại đáp ứng nhu cầu này, khu vực chật hẹp, nơi xa xôi, phương tiện vận chuyển.Vì cơng nghệ khơng dây đời phát triển mạnh mẽ, tạo nhiều thuận lợi cho người đời sống ngày Trong năm gần công nghệ truyền nhận liệu không dây có bước phát triển mạnh mẽ, góp công lớn việc phát triển hệ thống điều khiển, giám sát từ xa, đặc biệt hệ thống thơng minh Hiện nay, có nhiều cơng nghệ không truyền nhận liệu không dây RF, Wifi, Bluetooth, NFC, Trong đó, Bluetooth cơng nghệ phát triển từ lâu cải tiến để nâng cao tốc độ khả bảo mật Trên thị trường Việt Nam chưa có nhiều sản phẩm điều khiển thiết bị khơng dây, đa số sản phẩm có nhập từ nước với giá thành cao Việc nghiên cứu thiết kế sản phẩm điều khiển thiết bị khơng dây có ý nghĩa lớn, giúp tăng thêm lựa chọn cho ngƣời sử dụng, sản phẩm sản xuất nước nên giá thành rẻ góp phần phát triển hệ thống điều khiển thơng minh Do đó, nhóm định thực đề tài: “Mạch điều khiển thiết bị Android qua Bluetooth” Đề tài ứng dụng công nghệ Bluetooth phổ biến nhiều thiết bị, đặc biệt điểm đề tài so với sản phẩm có điều khiển thông qua hệ điều hành Android giúp tận dụng thiết bị sử dụng hệ điều hành Android có sẵn người dùng giúp giảm giá thành sản phẩm, với hình hiển thị lớn điện thoại cho phép hiển thị nhiều thông tin Trân trọng cảm ơn! Nguyễn Văn Khánh Anh Page Phan Huy Cường Nhóm sinh viên thực đề tài: NHĨM 3_D14CQDT01-N | PTIT Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặt vấn đề: 1.2 Đối tượng nghiên cứu: 1.3 Giải pháp thiết kế: CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ khối: 2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống: 2.2 Các chức khối (hoặc module) hệ thống: 2.2.1 Khối nguồn: 2.2.2 Khối module Bluetooth: 10 2.2.3 Khối ngõ ra/đèn báo/rơ-le 11 2.2.4 Khối xử lí trung tâm 11 2.2.5 Khối điều khiển thiết bị 12 2.3 Lựa chọn linh kiện: 12 2.3.1 Module Arduino Uno R3: 12 a) Thông số kĩ thuật: 12 b) Bộ nhớ: 13 c) Ngõ I/O: 14 2.3.2 Module Bluetooth HC05: 15 a) Sơ đồ chân HC-05 gồm có: 16 2.3.3 Module nguồn LM 2596: 17 2.3.6 Điện trở: 19 Page 2.3.5 Rơ-Le: 18 2.3.4 IC ULN 2803: 17 NHÓM 3_D14CQDT01-N | PTIT Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG 20 3.1 Thiết kế phần cứng: 20 3.2 Sơ đồ nguyên lí: 21 3.3 Mạch in: 22 3.4 Mạch 3D: 22 3.5 Thiết kế phần mềm: 23 3.5.1 Thiết kế giao diện điều khiển Android: 23 3.5.1.1) Hướng dẫn sử dụng với App Inventor: 23 3.5.1.2) Xây dựng ứng dụng điều khiển thiết bị điện qua Bluetooth: 24 a) Thiết kế giao diện: 24 b) Viết CODE: 25 c) Đóng gói ứng dụng thành file *.apk: 28 3.5.2 Mô tả phần mềm nạp chương trình cho Arduino Uno R3: 28 3.5.3 Mã lập trình 31 3.5.4 Lưu đồ giải thuật Arduino: 32 3.5.5 Lưu đồ giải thuật chương trình SmartPhone: 33 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 34 Page Tài liệu tham khảo: 34 NHÓM 3_D14CQDT01-N | PTIT Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận MỤC LỤC HÌNH Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống Hình : Module khối nguồn Hình : Module Bluetooth HC05 10 Hình : Khối ngõ 11 Hình 5: Module Arduino Uno R3 12 Hình : Module Arduino Uno R3 13 Hình 7: Module Bluetooth HC05 15 Hình : Module khối nguồn LM 2596 17 Hình : IC ULN 2803 18 Hình 10: Rơ-le chân 19 Hình 11 : Điện trở 20 Hình 12 : Sơ đồ nguyên lí 21 Hình 13 : Mạch in 22 Hình 14 : Giao diện thiết kế điện thoại 28 Hình 15: Giao diện chương trình viết Arduino 29 Hình 16: Vùng lệnh chương trình 29 Hình 17 : Vùng thơng báo 30 Hình 18 : Mã lập trình cho Arduino 31 Page Hình 19 : Lưu đồ giải thuật Arduino 32 NHÓM 3_D14CQDT01-N | PTIT Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Page NHÓM 3_D14CQDT01-N | PTIT Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặt vấn đề: Hiện điện thoại thông minh ngày phổ biến, hệ điều hành Android xây dựng phát triển liên tục với chia sẻ mã nguồn mở, việc sử dụng SmartPhone để điều khiển, giám sát thiết bị xu hướng Chúng định thực đề tài: “Hệ thống điều khiển thiết bị Android qua sóng Bluetooth” Chúng em nghiên cứu hệ điều hành Android, cách thức giao tiếp, điều khiển thu thập liệu từ thiết bị qua Bluetooth Từ chúng em xây dựng phần mềm điều khiển chạy điện thoại Android Chúng em thiết kế phần cứng điều khiển điều khiển năm thiết bị điện 220VAC khác Các module kết hợp với để mở rộng đối tượng điều khiển Kết mang lại đề tài hệ thống hoàn thiện gồm phần mềm phần cứng sử dụng hộ gia đình, phòng nghiên cứu 1.2 Đối tượng nghiên cứu: Sau tìm hiểu thơng tin đề tài, với hiểu biết sẵn có tìm kiếm thơng tin liên quan, chúng tơi xác định đối tượng cần nghiên cứu là:- Công nghệ Bluetooth: khái niệm Bluetooth, đặc điểm công nghệ Bluetooth, liên kết vật lý công nghệ Bluetooth, chế độ kết nối, cách thức hoạt động Nghiên cứu Module Bluetooth HC-05: thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt động module HC-05 ngơn ngữ lập trình Java,viết phần mềm ứng dụng Page dụng chạy hệ điều hành Android, phần mềm hỗ trợ lập trình Android Studio, - Hệ điều hành Android: kiến trúc hệ điều hành Android, chu kỳ hoạt động ứng NHÓM 3_D14CQDT01-N | PTIT Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận Hình 11 : Điện trở CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1/ Thiết kế phần cứng: Với đồ án thiết kế mạch điện tử với đề tài “ Mạch điều khiển thiết bị Android qua sóng Bluetooth”, việc thiết kế phần cứng mạch hệ thống cụ thể Khối nguồn - Khối module Bluetooth - Khối xử lí - Khối rơ-le chấp hành khối điều khiển Page - 20 chia làm khối bản: NHÓM 3_D14CQDT01-N | PTIT Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận 3.2 Sơ đồ nguyên lí: Page 21 Hình 12 : Sơ đồ ngun lí NHĨM 3_D14CQDT01-N | PTIT Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận 3.3 Mạch in: Hình 13 : Mạch in Page 22 3.4 Mạch 3D: NHÓM 3_D14CQDT01-N | PTIT Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận 3.5 Thiết kế phần mềm: 3.5.1 Thiết kế giao diện điều khiển Android: Ngày 12/7/2010, Google thức giới thiệu cơng cụ lập trình trực quan App Inventor dùng để phát triển phần mềm ứng dụng hệ điều hành Android App Inventor cơng cụ lập trình dành cho người, kể trẻ em.Với công cụ App Inventor, Google tạo điều kiện để người tự xây dựng phần mềm ứng dụng cho thiết bị di động dùng hệ điều hành Android 3.5.1.1 Hướng dẫn sử dụng với App Inventor: Để sử dụng App Inventor, bạn truy cập vào địa (ai2.appinventor.mit.edu.) Sau tiến hành đăng nhập tài khoản Google bạn để mở trang quản lí project Bạn xem, sửa, xóa project Page 23 hay Publish project NHÓM 3_D14CQDT01-N | PTIT Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận 3.5.1.2) Xây dựng ứng dụng điều khiển thiết bị điện qua Bluetooth: a) Thiết kế giao diện: Để tạo Project ta chọn Start New Project đặt tên cho project Giao diện thiết kế Project đơn giản Bên trái control bao gồm: User Interface, Media, Sensor, Social,… để sử dụng bạn cần click chuột kéo thả vào Screen Ở Screen mơ hình ứng dụng chúng ta, bên phải cửa sổ quản lí Component, Media, Property cho Control Kéo thả Label, Button đặt vào Layer để giao diện sau Các bạn nhớ chọn thêm Control Bluetooth Client phần Connectivity Để cho đơn giản, ta Page 24 nhấp vào button chọn Rename đặt tên theo ý NHÓM 3_D14CQDT01-N | PTIT Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận b) Viết CODE: Sau giao diện trên, tiến hành phần “code” Các bạn bấm vào Tab Sẽ xuất sổ sau Page 25 “Blocks” góc bên phải hình NHĨM 3_D14CQDT01-N | PTIT Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận Cửa số “code” lên, bên trái khối lệnh: Control, Logic, Math, Text,… khối lệnh ứng với button Để thực lệnh đó, ta thực thao tác kéo thả (click chuột vào khối lệnh kéo vào hình.) Page 26 Lần lượt kéo khối lệnh để dòng code sau: NHĨM 3_D14CQDT01-N | PTIT 27 GVHD: Th.S Trần Quang Thuận Page Điều khiển thiết bị điện Bluetooth NHÓM 3_D14CQDT01-N | PTIT Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận c) Đóng gói ứng dụng thành file *.apk: Bây đóng gói ứng dụng file apk cài lên điện thoại Để xuất file apk chọn Build chọn App (provide QR code for apk) muốn tạo QR code cho file apk Chọn dòng lại muốn lưu file lên máy tính.Và giao diện hoàn thành điện thoại Hình 14 : Giao diện thiết kế điện thoại 3.5.2/ Mô tả phần mềm nạp chương trình cho Arduino uno R3: Cơng cụ dung để lập trình Arduino phát triển chạy Windows , Page 28 MAC OS X Linux NHÓM 3_D14CQDT01-N | PTIT Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận - Về giao diện: Hình 15: Giao diện chương trình viết Arduino + Vùng lệnh: Bao gồm nút lệnh menu (File, Edit, Sketch, Tools, Help) Phía icon cho phép sử dụng nhanh chức thường dùng IDE miêu Hình 16: Vùng lệnh chương trình Page 29 tả sau: NHÓM 3_D14CQDT01-N | PTIT Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận + Vùng viết chương trình: Bạn viết đoạn mã + Vùng thơng báo ( debug): Những thông báo từ IDE hiển thị Để ý góc bên phải hiển thị loại board Arduino cổng COM sử dụng Luôn ý tới mục chọn sai loại board cổng COM, bạn upload code Page 30 Hình 17 : Vùng thơng báo NHĨM 3_D14CQDT01-N | PTIT Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận Page Hình 18 : Mã lập trình cho Arduino 31 3.5.3 Mã lập trình NHĨM 3_D14CQDT01-N | PTIT Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận 3.5.4 Lưu đồ giải thuật Arduino: Start Setup Serial.begin(9600) Serial available ( ) >0 Gởi byte liệu Yes Kiểm tra điều kiện Hình 19 : Lưu đồ giải thuật Arduino 32 Điều khiển thiết bị Page No NHÓM 3_D14CQDT01-N | PTIT Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận 3.5.5 Lưu đồ giải thuật chương trình SmartPhone: Start Hệ thống thơng báo muốn bật Bluetooth No Click Yes Yes Nếu lần đầu kết nối yêu cầu nhập mật Từ lần thứ trở bỏ qua bước Tìm địa MAC thiết bị No Yes Màn hình điện thoại “ Đã kết nối” Có Button click No Đèn sáng theo Button nhấn 33 Yes Page Thốt ứng dụng NHĨM 3_D14CQDT01-N | PTIT Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Sau nhiều tháng nổ lực nhóm chúng em hồn thành đề tài “ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BẰNG ĐIỆN THOẠI ANDROID QUA SÓNG BLUETOOTH” thời gian quy định Về giải vấn đề đặt nội dung hình thức Đây đề tài mang tính tổng hợp bao gồm thiết kế thi cơng mạch kỹ thuật lập trình Ưu điểm: - Giao diện Android đẹp, dễ dàng cài đặt hầu hết điện thoại máy tính bảng chạy android - Tốc độ xử lý nhanh Nhược điểm: - Cự ly truyền liệu điện thoại đến module Bluetooth hạn chế Do chất lượng linh kiện khơng đảm bảo thơng số Datasheet nên có số lỗi nhỏ thời gian chưa hoạt động xác công suất không đảm bảo - Sản phẩm chưa thử nghiệm với thời gian dài với nhiều mơi trường khác nên chưa đánh giá xác độ ổn định Tài liệu tham khảo: ✓ http://arduino.vn/ ✓ http://developer.android.com Page ✓ http://www.alldatasheet.com 34 ✓ http://ai2.appinventor.mit.edu/#6633411303964672 NHÓM 3_D14CQDT01-N | PTIT ... với điều khiển thông qua Bluetooth để điều khiển thiết bị Ngồi ra, khơng kết nối với điện thoại điều khiển thiết bị điều khiển Cụ thể sau: KHỐI ĐIỀU KHIỂN ( ĐIỆN THOẠI ANDROID KHỐI MODULE BLUETOOTH. .. khiển thu thập liệu từ thiết bị qua Bluetooth Từ chúng em xây dựng phần mềm điều khiển chạy điện thoại Android Chúng em thiết kế phần cứng điều khiển điều khiển năm thiết bị điện 220VAC khác Các... cho điều khiển NHÓM 3_D14CQDT01-N | PTIT Điều khiển thiết bị điện Bluetooth GVHD: Th.S Trần Quang Thuận CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1/Sơ đồ khối: Thiết kế hệ thống điều khiển gồm điều khiển với