Bài báo giới thiệu một số kết quả trong việc xây dựng một hệ thống truyền tin nhắn bằng Bluetooth giữa một điện thoại và máy tính PC.
Hội thảo quốc gia 2014 Điện tử, Truyền thông Công nghệ thông tin (ECIT2014) Thiết kế thử nghiệm hệ thống truyền tin nhắn qua Bluetooth Văn Thương Nguyễn, Diên Tập Ngô Trường Đại Học Duy Tân, Khoa Điện Tử Viễn Thông, K7/25 Đường Quang Trung, Đà Nẵng, Việt Nam, Email: ndtap06@vnn.vn Khi kích hoạt, thiết bị Bluetooth tự động dị tìm định vị thiết bị khác có chung cơng nghệ vùng xung quanh kết nối với chúng Tóm tắt: Gần Bluetooth nghiên cứu nhiều nước mặt lý thuyết ứng dụng, nhiều sản phẩm ứng dụng công nghệ Bluetooth nhà sản xuất giới thiệu với thị trường Bài báo giới thiệu số kết việc xây dựng hệ thống truyền tin nhắn Bluetooth điện thoại máy tính PC Một khối ghép nối để giao tiếp với máy tính qua Bluetooth kết hợp với phần mềm viết máy tính cho phép nhận quản lý tin nhắn nhận Hệ thống cho phép truyền nhận tin nhắn trường hợp mạng di động hoạt động, khơng hoạt động sóng Về mặt thời gian, năm 1994 năm mà lần hãng Ericsson đưa đề án nhằm hợp liên lạc loại thiết bị điện tử khác mà không cần phải dùng đến sợi cáp nối cồng kềnh, phức tạp Đây thực chất mạng vô tuyến không dây cự ly ngắn dùng vi mạch có kích thước cỡ 9mm chuyển tín hiệu sóng vơ tuyến điều khiển thay cho sợi cáp điều khiển phức tạp Năm 1998: năm công ty lớn giới bao gồm Eric-sson, Nokia, IBM, Intel Toshiba liên kết, hợp tác thiết kế tiến hành phát triển chuẩn công nghệ kết nối không dây mang tên Bluetooth nhằm kết nối thiết bị vi điện tử lại với thơng qua sóng vơ tuyến Từ khố: Bluetooth, ghép nối máy tính, tin nhắn, truyền nhận liệu I ĐẶT VẤN ĐỀ Mặc dù gần thuật ngữ Bluetooth nhắc đến nhiều, hiểu sâu công nghệ Bluetooth chưa phải trào lưu phổ biến Vì chúng tơi muốn dùng lời mở đầu để giới thiệu đôi nét Bluetooth Thuật ngữ Bluetooth bắt nguồn từ tên thời xa xưa nhà vua Đan Mạch - Harald I Bluetooth (Danish Harald Blatand, 910-985) Harald Bluetooth hợp Đan Mạch Norway, cịn cơng nghệ Bluetooth biểu tượng thống cơng nghệ máy tính công nghệ truyền thông đa phương tiện [2] Đến ngày 20/05/1998: nhóm nghiên cứu Special Interest Group, viết tắt SIG, thức thành lập với mục đích phát triển công nghệ Bluetooth thị trường viễn thông Bất kỳ cơng ty có kế hoạch sử dụng cơng nghệ Bluetooth tham gia vào Tháng 7/1999: chuyên gia SIG đưa thuyết minh kỹ thuật phiên Bluetooth 1.0 Năm 2000: SIG bổ sung thêm thành viên 3Com, Lucent Techonologies, Microsoft Motorola Công nghệ Bluetooth cấp dấu chứng nhận kỹ thuật lần mắt Ngày nay, Bluetooth dùng để công nghệ không dây cho phép thiết bị điện, điện tử giao tiếp với khoảng cách ngắn, sóng vơ tuyến băng tần chung ISM (Industrial, Scientific, Medical) dải tần 2,40 - 2,48 GHz Đây dải băng tần không cần đăng ký dành riêng dùng cho thiết bị không dây công nghiệp, khoa học y tế Các cột mốc kiện kết tiếp năm gần đây, Bluetooth coi thị trường động sôi lĩnh vực truyền thông Trên mạng internet [5] dễ dang tìm thấy vơ số, hình ảnh mơ tả tóm tắt tính kỹ thuật, sản phẩm ứng dụng công nghệ Bluetooth Bluetooth thiết kế nhằm mục đích thay dây cáp máy tính thiết bị truyền thơng cá nhân, kết nối vô tuyến thiết bị điện tử lại với cách thuận lợi với giá thành thấp Bluetooth công nghệ không dây cho phép thiết bị điện, điện tử giao tiếp với khoảng cách ngắn Về mặt nghiên cứu, qua tài liệu tham khảo, chẳng hạn [2] [3] thấy gần tất vấn đề lý thuyết công ty, nhà nghiên cứu đặt chân đến nhiều vấn đề trở nên khép kín Vì chúng tơi chọn cách tiếp cận với ứng dụng Vấn đề trình bày báo số kết bước đầu việc tìm kiếm giải pháp cho việc truyền nhận liệu dạng tin nhắn Bluetooth thiết kế nhằm mục đích thay dây cáp máy tính thiết bị truyền thông cá nhân, kết nối vô tuyến thiết bị điện tử lại với cách thuận lợi với giá thành thấp ISBN: 978-604-67-0349-5 477 Hội thảo quốc gia 2014 Điện tử, Truyền thông Công nghệ thông tin (ECIT2014) gian 2s, trạng thái ngắt kết nối có LED màu xanh nhấp nháy lần / s - Tự động kết nối với thiết bị bật nguồn Bluetooth Trong thông báo ban đầu, nội dung nghiên cứu cần giới hạn để tập trung vào phần nhận; lý phần truyền cần có phần tạo ký tự truyền nhờ bàn phím Phần truyền khơng khó giải pháp điện tử phức tạp mặt khí đóng gói sản phẩm nên chọn điện thoại di động để có sẵn bàn phím khả xuất tín hiệu dạng Bluetooth Cuối hệ thống truyền nhận tin nhắn thiết kế bao gồm: điện thoại di động loại F19 (của FPT), khối thu nhận tín hiệu Bluetooth ghép nối máy tính phần mềm để hiển thị quản lý tin nhắn nhận chạy máy tính Chính nhờ phong phú tính phần cứng phần mềm mà mơđun ghép nối máy tính trở nên nhỏ gọn hấp đẫn hoạt động Sơ đồ nguyên lý môđun mô tả hình Phía bên trái sơ đồ vi mạch MAX232 với 16 chân Phần bên phải môđun Bluetooth thiết kế sẵn với 34 chân Phần cổng DB9 dùng để ghép nối mạch với máy tính Phía gồm hai phần mạch sạc pin nuôi cho môđun vi mạch chuyển đổi mức điện áp +5V thành +3,3V cung cấp cho môđun Bluetooth hoạt động Phần bên phải cổng USB loại mini dùng cho mạch cấp điện áp +5V từ máy tính PC II THỰC NGHIỆM Để xây dựng hệ thống nhiệm vụ cần giải thiết kế môđun truyền nhận Bluetooth ghép nối máy tính với khối chức sau đây: - Khối nguồn ni với lối có điện áp chiều +3V +5V ổn định - Khối nạp pin hệ thống cần hoạt động điều kiện cần di chuyển dễ dàng - Khối truyền nhận tín hiệu Bluetooth - Khối giao tiếp với máy tính PC qua cổng RS-232 - Khối chuyển đổi RS-232/USB để nối với máy tính đời Nguyên lý hoạt động mạch: Mơđun Bluetooth có nhiệm vụ nhận (hoặc phát) tín hiệu Bluetooth Tín hiệu nhận giải mã, giải điều chế đưa tín đến chân UART-TxD môđun Điện áp +3,3V ổn định, cung cấp cho môđun Bluetooth hoạt động lấy từ IC AAP2967-33VR Trong khối trên, phức tạp khối truyền nhận tín hiệu Bluetooth Để tiết kiệm thời gian tăng độ ổn định hệ thống sử dụng mô đun thiết kế sẵn với thơng số kỹ thuật sau: - Khối có độ nhạy -80dBm - Công suất truyền tải RF lên đến dBm - 1.8V cho chế độ hoạt động tiết kiệm lượng 1,8 đến 3.6V cho I /O - PIO điều khiển - Giao diện UART với tốc độ truyền lập trình - Tích hợp ăng-ten mơđun Tính phần mềm: - Mặc định tốc độ Baud: 38400 bps, số bit liệu: 8, số bit stop 1, khơng có tính chẵn lẻ, kiểm sốt liệu: có - Hỗ trợ tốc độ truyền: 9600; 19200; 38400; 57600; 115200; 230400; 460800 - Cho xung dương vào PIO0, thiết bị bị ngắt kết nối - Trạng thái cổng PIO1: thấp - ngắt kết nối, cao kết nối; - Các chân PIO10 PIO11 kết nối với LED màu đỏ màu xanh riêng Khi hai thành viên Master Slave ghép nối, LED màu đỏ màu xanh nhấp nháy lần khoảng thời ISBN: 978-604-67-0349-5 Hình 1: Sơ đồ mạch khối ghép nối với máy tính MAX232 có nhiệm vụ đảo tín hiệu từ chân UART-TxD mơđun làm tương thích mức điện áp với máy tính Tín hiệu liệu sau đảo truyền đến cổng COM máy tính thơng qua DB9 để hiển thị liệu lên hình nhờ phần mềm chúng tơi viết ngơn ngữ C# trình bày sau 478 Hội thảo quốc gia 2014 Điện tử, Truyền thông Công nghệ thông tin (ECIT2014) Trong mạch thiết kế (hình 2), ta dùng chuyển mạch để chọn chế độ hoạt động cho môđun cách: giữ cho chân PIO4 mức thấp (0V) sử dụng chân PIO5 để thiết lập chế độ hoạt động cho môđun Nếu PIO5 giữ mức cao mơđun hoạt động chế độ Master, cịn chân PIO5 mức thấp mơđun hoạt động chế độ Slave 0 6 COM tìm vào ComboBox ”cbCom.Items.AddRange(ports); ” 1 2 2 1 1 2 2 1 16 15 14 13 12 11 10 8 2 2 13 12 11 10 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 14 15 16 17 1 18 19 20 21 Hình 2: Mạch in thiết kế Altium 10 Khi ta cấp nguồn cho mạch, có LED đỏ sáng có nghĩa mơđun chưa cấp nguồn Ta phải chuyển công tắc để IC AAP2967-33VR hoạt động cấp điện áp 3,3V cho môđun đồng thời chọn chế độ hoạt động cho môđun Mơđun hoạt động LED xanh nhấp nháy Nếu chế độ Master LED xanh nhấp nháy 500ms, chế độ Slave 800ms Tồn linh kiện sơ đồ, với số lượng không nhiều, hàn mạch in hình Hình 3: Lưu đồ phần mềm nạp máy tính Viết phần mềm thu nhận quản lý tin nhắn - ComboBox BaudRate: ta tạo mảng để chứa tất giá trị tốc độ Baud: string[ ] BaudRate = { "1200", "2400", "4800", "9600", "19200", "38400", "57600", "115200" }; Để đưa mạch vào hoạt động cịn cần đến phần mềm viết ngơn ngữ C# nạp máy tính PC Lưu đồ phần mềm mơ tả hình Tên khối mũi tên cho ta hoạt động phần mềm Tương tự ta tạo liệu cho ComboBox khác : - ComboBox DataBit: 6; 7; - ComboBox Parity: None, Odd, Even - ComboBox Stopbit: 1; 1.5; Cấu trúc chương trình gồm ComboBox, Button TextBox: - COM, BaudRate, Data Bit, Parity, Stop Bit ComboBox - Kết nối, Ngắt, Clear Send Button - Còn lại trống TextBox Tiếp theo hàm xây dựng với thủ tục cho việc truyền nhận liệu qua COM; cụ thể: - Nhấn nút “Kết nối” kiểm tra xem COM mở chưa - Nếu cổng COM mở cho phép truyền nhận liệu Nếu chưa mở cổng COM thông báo “Không kết nối được” ta phải chọn thơng số lại xác để kết nối cổng COM mở thông số khác Đầu tiên ta khai báo Object SerialPort lệnh: SerialPort P = new SerialPort(); Bước tiếp ta tạo liệu cho comboBox: - ComboBox COM: tạo môt mảng string để chứa tất cổng có máy ”string[ ] ports = SerialPort.GetPortNames( );” ta thêm toàn ISBN: 978-604-67-0349-5 479 Hội thảo quốc gia 2014 Điện tử, Truyền thông Công nghệ thông tin (ECIT2014) xa với Khoảng cách mà từ dịch xa không nhận tin nhắn gọi khoảng cách truyền lớn Hình 4: Màn hình khởi động để chọn thơng số phù hợp Tất liệu nhận từ môđun hiển thị vào trống lớn chương trình Ô trống nhỏ để ta nhập liệu muốn truyền Sau nhập xong ta nhấn nút “Send” liệu truyền đến mơđun Hình rõ hai dòng tin nhắn gửi từ điện thoại F19 Hình 5: Mơđun nhận liệu từ điện thoại F19 hiển thị lên hình Hình 5: Toàn hệ thống ghép nối với máy tính PC để thử nghiệm đánh giá Việc truyền nhận liệu xong ta nhấn nút “Ngắt” để đóng cổng COM dừng kết nối Về khoảng cách truyền lớn nhất: kết khảo sát cho thấy khoảng cách không giống lần thử nghiệm, với giá trị nằm khoảng 8-15 mét Những yếu tố ảnh hưởng đến khoảng cách truyền là: độ ẩm khơng khí, vật cản đường truyền, phải quan tâm cụ thể đến kích thước vật liệu làm vật cản Trong trường hợp nhận bị che khuất (một phần hồn tồn) khoảng cách ngắn, chí khơng nhận tin nhắn III KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ ĐÁNH GIÁ Hệ thống truyền nhận Bluetooth sau thiết kế, lắp ráp mơ tả hình Do máy tính PC sử dụng để đánh giá hoạt động hệ thống khơng có cổng nối tiếp RS-232 nên mạch chuyển đổi RS-232/USB (khơng có hình 1) bổ sung thêm Việc đánh giá khả hoạt động hệ thống tiến hành qua bước khảo sát sau: Để khảo sát kỹ khoảng cách truyền cực đại, tài liệu tham khảo cho khả tăng khoảng cách truyền có hiệu sử dụng lặp (repeater) Trong lặp, khoảng cách truyền nâng lên nhờ sử dụng mơđun cơng suất, thí dụ mơđun ASD-559 (thông báo cá nhân) cho phép tăng khoảng cách truyền đến 2000m (xem hình 6) Các thơng số kỹ thuật môđun ASD-559: - Mức độ mắc lỗi, hiểu sai ký tự truyền - Khoảng cách truyền/ nhận lớn nhất, tính mét - Khả mở rộng khoảng cách truyền Về tiêu chí thứ nhất, không gặp trường hợp mắc lỗi thông báo nhận Các lần thử nghiệm cho thấy thông báo nhận đầy đủ ký tự truyền khoảng cách truyền cho phép khơng nhận khoảng cách ISBN: 978-604-67-0349-5 - Bluetooth 2.0 + EDR - Tiêu chuẩn kết nối USB 480 Hội thảo quốc gia 2014 Điện tử, Truyền thông Công nghệ thơng tin (ECIT2014) - Có thể làm việc với Windows, Linux, Mac OS X - Khoảng cách phủ sóng đến 2000m - Nhờ ăngten có khả mở rộng phạm vi lên đến 10 km - Không cần nguồn ngồi dùng khoảng cách ngắn - Vỏ nhơm để giảm nhiễu tăng độ nhạy - Mở rộng phạm vi thiết bị bluetooth xung quanh - Tối ưu hóa cho hệ thống bluetooth, nhanh chóng ổn định VI KẾT LUẬN Bài báo kết q trình tìm hiểu sâu cơng nghệ Bluetooth, công nghệ không dây phát triển mạnh ứng dụng rộng rãi nay, nắm cách thức hoạt động, đặc điểm kỹ thuật khả cơng nghệ Bluetooth Thêm vào số kiến thức kỹ thuật mạng khơng dây khác Tất cho phép nhóm tác giả hinh thành ứng dụng truyền nhận tin nhắn qua Bluetooth Hệ thống truyền nhận liệu Bluetooth thiết kế khuôn khổ báo cho phép truyền nhận tin nhắn khoảng cách 8-15 mét; khoảng cách xa hơn, đến 2000m đạt sử dụng lặp (repeater) thích hợp Một phím chuyển đổi chức khối truyền nhận Bluetooth cho phép truyền nhận tin nhắn theo hai hướng Những kết ban đầu mức khiêm tốn gợi mở số khả ứng dụng thực tế cho hệ thống Các ứng dụng hoàn thiện để trở nên hấp dẫn việc liêu truyền âm thanh, hình ảnh với mã hố để bảo mật thông tin cần truyền LỜI CÁM ƠN Nhóm tác giả xin bày tỏ lịng cám ơn tới Thày Cô Khoa Điện Tử Viễn Thông Trường Đại học Duy Tân có ý kiến đóng góp quý báu giúp cho nội dung báo hoàn thiện V TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ngơ Diên Tập: Vi điều khiển với lập trình C, Nhà xuất Khoa học Kỹ Thuật, Hà Nội, 2005 [2] Đặng Minh Thắng, Chu Nguyên Tú: Xây dựng hệ thống điều khiển máy tính từ xa sử dụng cơng nghệ Bluetooth, Luận văn cử nhân tin học, 2004, Đại học Khoa học Tự nhiên TP.Hồ Chí Minh Hình 6: Bộ lặp cho phép truyền liệu Bluetooth xa 2000m [3] Charlie White, Bluetooth: Past, Present and Future, CEN talks with Mike Foley, Executive Director, Bluetooth SIG, 2005 [4] Jaap C Haartsen (Bluetooth SIG), Bluetooth Voice and Data Performance in 802.11 DSSS WLAN Environment Rõ ràng với giải pháp lặp, khoảng cách truyền nhận liệu tăng lên nhiều lần, kéo theo việc mở rộng phạm vi ứng dụng việc truyền nhận liệu nói chung tin nhắn nói riêng cách sử dụng công nghệ Bluetooth ISBN: 978-604-67-0349-5 [5] http://www.bluetooth.com 481 ... nghệ Bluetooth Thêm vào số kiến thức kỹ thuật mạng không dây khác Tất cho phép nhóm tác giả hinh thành ứng dụng truyền nhận tin nhắn qua Bluetooth Hệ thống truyền nhận liệu Bluetooth thiết kế. .. ngắn, chí khơng nhận tin nhắn III KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ ĐÁNH GIÁ Hệ thống truyền nhận Bluetooth sau thiết kế, lắp ráp mơ tả hình Do máy tính PC sử dụng để đánh giá hoạt động hệ thống khơng có cổng... Mở rộng phạm vi thiết bị bluetooth xung quanh - Tối ưu hóa cho hệ thống bluetooth, nhanh chóng ổn định VI KẾT LUẬN Bài báo kết q trình tìm hiểu sâu cơng nghệ Bluetooth, công nghệ không dây phát