THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ QUA BLUETOOTH

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ QUA BLUETOOTH GVHD: NGUYỄN THỊ MAI LAN TP HỒ CHÍ MINH - THÁNG 06 NĂM 2019 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, xã hội phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật ngày càng hiện đại nên nhu cầu về trao đổi thông tin giải trí, nhu cầu về điều khiển các thiết bị từ xa, ngày càng cao. Và những hệ thống dây cáp phức tạp lại không thể đáp ứng nhu cầu này, nhất là ở những khu vực chật hẹp, những nơi xa xôi, trên các phƣơng tiện vận chuyển, Vì vậy công nghệ không dây đã ra đời và phát triển mạnh mẽ, tạo rất nhiều thuận lợi cho con ngƣời trong đời sống hằng ngày. Trong những năm gần đây công nghệ truyền nhận dữ liệu không dây đang có những bƣớc phát triển mạnh mẽ, góp công lớn trong việc phát triển các hệ thống điều khiển, giám sát từ xa, đặc biệt là các hệ thống thông minh. Hiện nay, có khá nhiều công nghệ không truyền nhận dữ liệu không dây nhƣ RF, Wifi, Bluetooth, NFC, ... Trong đó, Bluetooth là một trong những công nghệ đƣợc phát triển từ lâu và luôn đƣợc cải tiến để nâng cao tốc độ cũng nhƣ khả năng bảo mật. Trên thị trƣờng Việt Nam hiện nay chƣa có nhiều sản phẩm điều khiển thiết bị không dây, đa số những sản phẩm hiện có đều là nhập khẩu từ nƣớc ngoài với giá thành cao. Việc nghiên cứu và thiết kế một bộ sản phẩm điều khiển thiết bị không dây có một ý nghĩa lớn, giúp tăng thêm sự lựa chọn cho ngƣời sử dụng, sản phẩm đƣợc sản xuất trong nƣớc nên giá thành rẻ và góp phần phát triển các hệ thống điều khiển thông minh.

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG CAO ĐẲNG CÔNG THƢƠNG TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MƠN: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG  ĐỒ ÁN VIỄN THÔNG Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG NHÀ QUA BLUETOOTH GVHD: NGUYỄN THỊ MAI LAN TP HỒ CHÍ MINH - THÁNG 06 NĂM 2019 LỜI MỞ ĐẦU Ngày 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, phƣơng tiện vận chuyển, Vì cơng nghệ khơng dây đời phát triển mạnh mẽ, tạo nhiều thuận lợi cho ngƣời đời sống ngày Trong năm gần công nghệ truyền nhận liệu không dây có bƣớc 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 nhƣ RF, Wifi, Bluetooth, NFC, Trong đó, Bluetooth công nghệ đƣợc phát triển từ lâu đƣợc cải tiến để nâng cao tốc độ nhƣ khả bảo mật Trên thị trƣờng Việt Nam chƣa có nhiều sản phẩm điều khiển thiết bị khơng dây, đa số sản phẩm có nhập từ nƣớc 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 đƣợc sản xuất nƣớc nên giá thành rẻ góp phần phát triển hệ thống điều khiển thông minh II LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Mai Lan giúp đỡ hƣớng dẫn em tận tình suốt thời gian viết báo cáo, tạo cho em tiền đề, kiến thức để tiếp cận vấn đề, phân tích giải vấn đề Nhờ mà em hồn thành báo cáo đƣợc tốt Em xin cảm ơn bạn bè, anh chị tận tình bảo, giúp đỡ em q trình hồn thành báo cáo, tạo cho em hiểu thêm kiến thƣc thực tế Những kiến thức mà em đƣợc học hỏi hành trang ban đầu cho trình làm việc em sau Em xin gửi tới ngƣời lời chúc thành công đƣờng nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng năm 2019 Thay mặt sinh viên NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Nhận xét chung: Đánh giá: (Đƣợc phép bảo vệ hay không đƣợc phép bảo vệ) TP.HCM, ngày tháng năm 20 Giáo viên hƣớng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CAM ĐOAN Đề tài nhóm chúng em tự thực dựa vào số tài liệu tham khảo chúng em xin cam đoan đề tài khơng chép cơng trình có trƣớc Nếu có chép nhóm chúng em hồn tồn chịu trách nhiệm DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 1.10 Hình 1.11 Hình 1.12 Hình 1.13 Hình 1.14 Hình 1.15 Hình 1.16 Hình 1.17 12 Hình 1.18 14 Hình 1.19 14 Hình 1.20 15 Hình 2.1 18 Hình 2.2 19 Hình 2.3 20 Hình 2.4 22 Hình 2.5 22 Hình 2.6 23 Hình 2.7 27 Hình 2.8 27 Hình 2.9 28 Hình 2.10 29 Hình 2.11 29 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN II NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN III LỜI CAM ĐOAN IV DANH MỤC HÌNH V MỤC LỤC VI Chƣơng 1: CƠ SỠ LÝ THUYẾT 1.1 GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO 1.2 GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO UNO R3 1.3 GIỚI THIỆU VỀ MODULE BLUETOOTH HC05 14 Chƣơng 2: THIẾT KẾ MẠCH 18 2.1 CHUẨN BỊ LINH KIỆN 18 2.2 SƠ ĐỒ MẠCH CÔNG SUẤT CHỈNH LƢU 12V-1A 18 2.3 SƠ ĐỒ MẠCH KẾT NỐI 20 2.5 SƠ ĐỒ MẠCH IN 22 2.6 CHƢƠNG TRÌNH MẠCH ĐIỀU KHIỂN 23 2.7 GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN 26 2.8 MƠ HÌNH NHÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG BLUETOOTH 29 Chƣơng 3: KẾT LUẬN 30 3.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 30 3.2 NHỮNG MẶT HẠN CHẾ 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 Chƣơng 1: CƠ SỠ LÝ THUYẾT 1.1 GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO 1.1.1 Tổng quan Hình 1.1: Bộ điều khiển đơn Arduino board mạch vi xử lý đƣợc sinh thị trấn Ivrea Ý, nhằm xây dựng ứng dụng tƣơng tác với với môi trƣờng đƣợc thuận lợi Phần cứng bao gồm board mạch nguồn mở đƣợc thiết kế tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, ARM Atmel 32-bit Những Model đƣợc trang bị gồm cổng giao tiếp USB, chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tƣơng thích với nhiều board mở rộng khác Đƣợc giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế Arduino cố gắng mang đến phƣơng thức dễ dàng, không tốn cho ngƣời yêu thích, sinh viên giới chuyên nghiệp để tạo thiết bị có khả tƣơng tác với môi trƣờng thông qua cảm biến cấu chấp hành Những ví dụ phổ biến cho ngƣời yêu thích bắt đầu bao gồm robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ phát chuyển động Đi với mơi trƣờng phát triển tích hợp (IDE) chạy máy tính cá nhân thơng thƣờng cho phép ngƣời dùng viết chƣơng trình cho Aduino ngôn ngữ C C++ Thông tin thiết kế phần cứng đƣợc cung cấp công khai để muốn tự làm mạch Arduino tay tự thực đƣợc (mã nguồn mở) Ngƣời ta ƣớc tính khoảng năm 2011 có 300 ngàn mạch Arduino thức đƣợc sản xuất thƣơng mại, vào năm 2013 có khoảng 700 ngàn mạch thức đƣợc đƣa tới tay ngƣời dùng 1.1.2 Lịch sử Arduino đƣợc khởi động vào năm 2005 nhƣ dự án dành cho sinh viên trại Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tƣơng tác Ivrea) Ivrea, Italy.Massimo Banzi, ngƣời sáng lập, giảng dạy Ivrea Cái tên "Arduino" đến từ quán bar Ivrea, nơi vài nhà sáng lập dự án thƣờng xuyên gặp mặt Bản thân quán bar có đƣợc lấy tên Arduino, Bá tƣớc Ivrea, vua Italy từ năm 1002 đến 1014 1.1.3 Phần cứng Một mạch Arduino bao gồm vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung giúp dễ dàng lập trình mở rộng với mạch khác Một khía cạnh quan trọng Arduino kết nối tiêu chuẩn nó, cho phép ngƣời dùng kết nối với CPU board với module thêm vào dễ dàng chuyển đổi, đƣợc gọi shield Vài shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua chân khác nhau, nhƣng nhiều shield đƣợc định địa thông qua serial bus I²Cnhiều shield đƣợc xếp chồng sử dụng dƣới dạng song song Arduino thức thƣờng sử dụng dòng chip megaAVR, đặc biệt ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, ATmega2560 Một vài vi xử lý khác đƣợc sử dụng mạch Aquino tƣơng thích Hầu hết mạch gồm điều chỉnh tuyến tính 5V thạch anh dao động 16 MHz (hoặc cộng hƣởng ceramic vài biến thể), vài thiết kế nhƣ LilyPad chạy MHz bỏ qua điều chỉnh điện áp onboard hạn chế kích cỡ thiết bị Một vi điều khiển Arduino đƣợc lập trình sẵn với boot loader cho phép đơn giản upload chƣơng trình vào nhớ flash on-chip, so với thiết bị khác thƣờng phải cần nạp bên Điều giúp cho việc sử dụng Arduino đƣợc trực tiếp cách cho phép sử dụng máy tính gốc nhƣ nạp chƣơng trình Theo nguyên tắc, sử dụng ngăn xếp phần mềm Arduino, tất board đƣợc lập trình thông qua kết nối RS-232, nhƣng cách thức thực lại tùy thuộc vào đời phần cứng Các board Serial Arduino có chứa mạch chuyển đổi RS232 sang TTL Các board Arduino đƣợc lập trình thông qua cổng USB, thực thông qua chip chuyển đổi USB-to-serial nhƣ FTDI FT232 Vài biến thể, nhƣ Arduino Mini Boarduino khơng thức, sử dụng board adapter cáp nối USB-to-serial tháo rời đƣợc, Bluetooth phƣơng thức khác (Khi sử dụng cơng cụ lập trình vi điều khiển truyền thống thay ArduinoIDE, cơng cụ lập trình AVR ISP tiêu chuẩn đƣợc sử dụng.) Board Arduino đƣa hầu hết chân I/O vi điều khiển để sử dụng cho mạch Diecimila, Duemilanove, Uno đƣa 14 chân I/O kỹ thuật số, số tạo xung PWM (điều chế độ rộng xung) chân input analog, đƣợc sử dụng nhƣ chân I/O số Những chân đƣợc thiết kế nằm phía mặt board, thông qua header 0.10-inch (2.5 mm) Nhiều shield ứng dụng plug-in đƣợc thƣơng mại hóa Các board Arduino Nano, Arduino-compatible Bare Bones Board Boarduino cung cấp chân header đực mặt board dùng để cắm vào breadboard Có nhiều biến thể nhƣ Arduino-compatible Arduino-derived Một vài số có chức tƣơng đƣơng với Arduino sử dụng để thay qua lại Nhiều mở rộng cho Arduino đƣợc thực thiện cách thêm vào driver đầu ra, thƣờng sử dụng trƣờng học để đơn giản hóa cấu trúc 'con rệp' robot nhỏ Những board khác thƣờng tƣơng đƣơng điện nhƣng có thay đổi hình dạng-đơi cịn trì độ tƣơng thích với shield, không Vài biến thể sử dụng vi xử lý hoàn toàn khác biệt, với mức độ tƣơng thích khác 1.1.4 Các loại Arduino Hình 1.2 Arduino Diecimila in Stoicheia Hình 1.3 Arduino Duemilanove (rev 2009b) ... 20 2.5 SƠ ĐỒ MẠCH IN 22 2.6 CHƢƠNG TRÌNH MẠCH ĐIỀU KHIỂN 23 2.7 GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN 26 2.8 MƠ HÌNH NHÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG BLUETOOTH 29 Chƣơng 3: KẾT LUẬN ... THIỆU VỀ MODULE BLUETOOTH HC05 14 Chƣơng 2: THIẾT KẾ MẠCH 18 2.1 CHUẨN BỊ LINH KIỆN 18 2.2 SƠ ĐỒ MẠCH CÔNG SUẤT CHỈNH LƢU 12V-1A 18 2.3 SƠ ĐỒ MẠCH KẾT NỐI ... 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 đƣợc sản xuất nƣớc nên giá thành rẻ góp phần phát triển hệ thống điều khiển