Nội dung đồ án gồm 3 chương được thực hiện như sau: Tổng quan về công nghệ Bluetooth; hệ thống điều khiển thiết bị điện thông qua Bluetooth; thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển thiết bị điện thông qua hệ thống Bluetooth.
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CNTT HỮU NGHỊ VIỆT HÀN KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ- VIỄN THƠNG TĨM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG PHỊNG THƠNG QUA HỆ THỐNG BLUETOOTH SVTH : Lê Huy Lớp : CCVT15A Niên Khóa : 2015 - 2018 CBHD : ThS Dƣơng Hữu Ái Đà Nẵng, tháng 06 năm 2018 LỜI NÓI ĐẦU Trong năm qua, khoa học máy tính xử lý thơng tin có bước tiến vượt bậc ngày phát triển mạnh mẽ Đặc biệt, đời phát triển nhanh chóng kỹ thuật số làm cho ngành điện tử trở nên phong phú đa dạng hơn, 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 Với mong muốn áp dụng cơng nghệ số vào thực tiễn em chọn đề tài: “Điều khiển thiết bị điện phịng thơng qua hệ thống Bluetooth” Nội dung đồ án gồm chương thực sau: - - Chương 1: Tổng quan công nghệ Bluetooth - Giới thiệu Bluetooth - Lịch sử đời phát triển Bluetooth Chương 2: Hệ thống điều khiển thiết bị điện thông qua Bluetooth - - Giới thiệu hệ thống Bluetooth - Giới thiệu tổng quan linh kiện hệ thống - Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống Chương 3: Thiết kế chế tạo mơ hình điều khiển thiết bị điện thông qua hệ thống Bluetooth - Tiến hành thực xây dưng mơ hình - Hồn tất đưa kết 2 Do kiến thức hạn chế thời gian tích lũy khơng nhiều nên đồ án em khơng thể khơng tránh khỏi sai sót mặt nội dung lẫn sản phẩm Rất mong nhận góp ý thơng cảm q thầy 1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BLUETOOTH 1.1 Tổng quan Trong năm qua công nghệ truyền nhận liệu khơng dây có bước phát triển mạnh mẽ, góp cơng lớn việc phát triển hệ thống điều khiển, giám sát từ xa, đặc biệt hệ thống thơng minh Hiện nay, có nhiều công nghệ truyền nhận liệu không dây RF, WIFI, Bluetooth, NFC, Trong đó, Bluetooth công nghệ phát triển từ lâu cải tiến để nâng cao tốc độ khả bảo mật Trên thị trường Việt Nam có nhiều sản phẩm điều khiển thiết bị không dây Việc nghiên cứu thiết kế sản phẩm điều khiển thiết bị khơng dây có ý nghĩa lớn, giúp tăng thêm lựa chọn cho người sử dụng, góp phần phát triển hệ thống điều khiển thông minh, … 1.2 Lịch sử đời phát triển công nghệ Bluetooth Tên gọi Bluetooth đặt theo tên gọi vị vua Đan Mạch – Harald Bluetooth Ông vốn nỗi tiếng khả giúp đỡ người giao tiếp, thương lượng với Các nhà nghiên cứu dùng tên để nhấn mạnh việc thiết bị trao đổi, kết nối với qua công nghệ Bluetooth Ban đầu, Sven Mattison Jaap Haartsen – nhân viên Ericsson (hiện Sony Ericsson Ericsson Mobile Platforms) phát triển tính Bluetooth vào năm 1994 Sau đó, Bluetooth Special Interest Group tiếp tục triển khai công nghệ từ ngày 20/5/1999 Dần dần, Sony Ericsson, IBM, Intel, Toshiba Nokia nhiều công ty khác tham gia phát triển công nghệ không dây tầm gần nhằm hỗ trợ việc truyền liệu qua khoảng cách ngắn thiết bị di động cố định, tạo nên mạng cá nhân khơng dây Bluetooth cịn gọi IEEE 802.15.1 Ngày nay, Bluetooth trở thành kết nối không dây thông dụng tồn giới Năm 2006, có khoảng tỉ người sử dụng thiết bị Bluetooth, tương đương với dân số Ấn Độ Cũng có tới 1/3 số lượng xe sản xuất tích hợp cơng nghệ Trong số đó, thiết bị liên quan đến âm stereo có tốc độ phát triển nhanh có nhiều ứng dụng Các hệ Bluetooth: - Bluetooth 1.0 đời tháng 7/1999 - Bluetooth 1.1 đời năm 2001 - Bluetooth 1.2 mắt vào tháng 11/ 2003 - Bluetooth 2.0 + ERD mắt vào tháng 11/2004 - Bluetooth 2.1 + ERD, hệ nâng cấp Bluetooth 2.0 - Bluetooth 3.0 + HS mắt vào tháng 4/2009 - Bluetooth 4.0 có nhiều đặc điểm chung với chuẩn 3.0 khả truyền liệu tốc độ cao lên tới 25 Mbps - Bluetooth 5.0 chuẩn Bluetooth SIG thông qua vào ngày 7/12/2016 1.3 Khái niệm Bluetooth công nghệ cho phép truyền thông thiết bị với mà không cần cáp 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 kỹ thuật đảm bảo cho thiết bị nhận tương tác với sử dụng công nghệ Bluetooth Ngày phần lớn nhà mày sản xuất thiết bị có sử dụng cơng nghệ Bluetooth Các thiết bị gồm có điện thoại di động, máy tính thiết bị hỗ trợ khác Công nghệ Bluetooth công nghệ dựa tần số vô tuyến thiết bị có tích hợp bên cơng nghệ truyền thơng với thiết bị khác với khoảng cách định cự ly để đảm bảo công suất cho việc phát nhận sóng Cơng nghệ thường sử dụng để truyền thông loại thiết bị khác 1.4 Đặc điểm công nghệ Bluetooth CHƢƠNG II: HỆ THỐNG ĐỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA BLUETOOTH 2.1 Sơ đồ khối hệ thống Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống Chức khối: - Khối nguồn 220V: Cung cấp nguồn cho thiết bị hoạt động - Khối điện thoại: Là điện thoại di động (hệ điều hành Android) Với phần mềm lập trình riêng dành cho việc điều khiển thiết bị điện - Khối Arduino Uno R3: Nhận tín hiệu từ khối Bluetooth HC05, sau xử lý tín hiệu nhận Tín hiệu thu sau xử lý đưa sang khối thực lệnh - Khối thực lệnh (Khối điều khiển Relay, khối Relay, khối thiết bị): Thực lệnh xử lý để đóng mở relay 5 2.2 Linh kiện Qua tìm hiểu hệ thống điều khiển thông minh không dây thông qua Bluetooth hệ thống điện nhà Các linh kiện cần có để thực đồ án em sau: - Module Bluetooth HC05 - Module Arduino Uno R3 - Module giảm áp LM2596 - IC đệm dòng ULN2803 - Adapter 12V2A đế nguồn 12V - Relay chân (Role 12V) - Domino - Hệ điều hành Android (điện thoại di động có cài đặt phần mềm tương thích) - Đèn LED - Điện trở 1,2K - Quạt tản nhiệt 12V (mô thay cho thiết bị khác: ti vi, tủ lạnh, điều hòa, máy giặt, …) 2.2.1 Module Bluetooth HC05 Hình 2.2 Module Bluetooth HC-05 6 Hình 2.3 Sơ đồ chân module Bluetooth HC-05 Hoạt động module Bluetooth HC-05: Module Bluetooth thiết bị không dây cho phép thiết bị điện thiết bị điện tử giao tiếp sóng vơ tuyến phạm vi ngắn tần từ 2,4 GHz đến 2,485 GHz Module Bluetooth HC-05 thiết kế để hoạt động 79 tần số đơn lẻ khác Sau kết nối, Bluetooth tự tìm tần số tương thích với nó, sau di chuyển tới thiết bị Bluetooth khoảng cách định để việc kết nối không bị gián đoạn Về khoảng cách thiết bị Bluetooth cịn phụ thuộc vào cơng suất Gồm loại: - Loại thứ có cơng suất 100 mW phủ sóng khoảng cách 100m - Loại thứ có cơng suất 2,5 mW tầm phủ sóng khoảng 10m - Loại thứ có cơng suất mW kết nối phạm vi 5m Vấn đề bảo mật Bluetooth: Về tính bảo mật Bluetooth quan tâm thiết bị để truyền thơng tin Để an tồn thiết bị Bluetooth kết nối với phải có mật riêng mà có thiết bị trao đổi biết mật Tùy thuộc vào cấu hình Bluetooth mà ký tự mật Bluetooth ngắn hay dài 2.2.2 Module Arduino Uno R3 Hình 2.4 Arduino Uno R3 Arduino UNO R3 sử dụng vi điều khiển họ bit ATmega8, ATmega168 ATmega328 Bộ não xử lý tác vụ đơn giản điều khiển đèn led nhấp nháy, xử lý tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm trạm đo nhiệt độ - độ ẩm hiển thị lên hình… Arduino UNO thường dùng bo mạch vi điều khiển dựa chip ATmega328P UNO có 14 chân I/O digital (trong có chân xuất xung PWM), chân input analog, thạch anh 16 MHz, cổng USB, jack nguồn DC nút reset 8 Hình 2.5 Các phần cứng Module Arduino Uno R3 - Chân xuất tính hiệu ra: Có tất 14 chân xuất tín hiệu Arduino Uno, chân có dấu “~” chân băm xung (PWM), tức điều khiển tốc độ động độ sáng đèn - IC ATmega328: trung tâm xử lý bo mạch Arduino IC sử dụng việc thu thập liệu từ cảm biến, xử lý liệu, xuất tính hiệu ra, … - Chân ISCP ATmega328: Các chân ISCP ATmega328 sử dụng cho giao tiếp SPI (Serial Peripheral Interface), số ứng dụng Android có sử dụng chân - Các chân lấy tín hiệu Analog: Có tất chân tín hiệu Analog từ A0 tới A5 9 - Chân cấp nguồn cho cảm biến: Các chân dùng để cấp nguồn cho thiết bị bên role, cảm biến, RC servo, … - Các linh kiện khác bo mạch Arduino: Ngoài linh kiện liệt kê trên, Arduino Uno cịn có số linh kiện đáng ý khác Trên bo có tất đèn led bao gồm led nguồn, led TX RX, led L Các led TX RX nhấp nháy có liệu truyền từ board lên máy tính ngược lại thơng qua cổng USB Led L kết nối với chân số 13, led gọi Led on Board giúp người dùng thực hành đơn giản mà khơng cần sử dụng led bên ngồi Trong 14 chân bo cịn có chân truyền nhận liệu nối tiếp TTL Có số ứng dụng cần sử dụng đến tính này, ví dụ ứng dụng điều khiển mạch Arduino Uno qua điện thoại sử dụng module Bluetooth HC-05 Thêm vào đó, chân sử dụng cho lập trình ngắt (interrupt), đồng thời cịn vài chân khác sử dụng cho chức khác Hình 2.6 Sơ đồ cấu trúc Arduino Uno R3 10 Có hai cách cấp nguồn cho bo mạch Arduino Uno: - Thơng qua cổng USB - Thông qua jack DC Giới hạn điện áp cấp cho Arduino Uno từ – 20V Tuy nhiên giải điện áp khuyên dùng – 12V nguồn cấp 7V điện áp “chân 5V” thấp 5V mạch hoạt động không ổn định, cấp nguồn lớn 12V gây nóng bo mạch phá hỏng Các chân nguồn Arduino Uno: - Vin: Chúng ta cấp nguồn cho Arduino thông qua chân - 5V - 3,3V - GND: chân đất Vi điều khiển ATmega 328P: Hình 2.7 Sơ đồ chân vi điều khiển ATmega328P 11 2.2.3 Module giảm áp LM2596 Hình 2.8 Module giảm áp LM2596 LM2596 module giảm áp có khả điều chỉnh dòng đến 3A LM2596 IC nguồn tích hợp đầy đủ bên Khi cấp nguồn 9V vào module, sau giảm áp ta nhận nguồn 3A < 9V 5V hay 3,3V 2.2.4 IC đệm dòng ULN2803 2.2.5 Relay chân 12V 2.2.6 CO32 Domino – Nối nguồn chân 2.2.7 Hệ thống App Android 12 Hình 2.16 Giao diện app Android kết nối với module HC-05 2.2.8 Các thiết bị khác 2.3 Nạp code cho module Arduino Uno R3 2.4 Mô tả hệ thống nguyên lý làm việc Hình 2.21 Mạch in 13 Hình 2.22 Hệ thống điều khiển thiết bị điện nhà thông qua Bluetooth - Kết nối thiết bị điện với Relay - Kết nối Relay với khối điều khiển bo mạch Arduino Uno R3 - Kết nối khối thu module Bluetooth HC-05 với điều khiển Arduino Uno R3 - Kết nối thiết bị module giảm áp LM2596 với Arduino ULN2803 với Relay - Cấp nguồn cho thiết bị - Bật điện thoại Android đả cài đặt phần mềm tương ứng - Bật Bluetooth điện thoại, tìm kiếm kết nối với thiết bị Bluetooth có tên HC05 Nhập mật kết nối “1234” - Sau kết nối, đèn báo hiệu module Bluetooth HC05 tắt thông báo kết nối thành công - Sau thực xong bước ta tiến hành điều khiển thiết bị nút biểu tượng hình điện thoại Android 14 - Với biểu tượng “bật port 1” – “bật port 8” thiết bị tương đương bật lên Ngược lại, với biểu tượng “tắt port 1” – “tắt port 8” thiết bị tương đương bị tắt 15 CHƢƠNG III: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA HỆ THỐNG BLUETOOTH 3.1 Chế tạo mơ hình Hình 3.2 Xây dựng mơ hình 16 Hình 3.3 Lắp đặt hệ thống vào mơ hình 3.2 Kết đạt đƣợc - Hình 3.4 Hồn tất sản phẩm 3.3 Ƣu nhƣợc điểm sản phẩm 3.4 Đánh giá kết thực 17 KẾT LUẬN Mơ hình điều khiển thiết bị điện phịng thơng qua hệ thống Bluetooth hoạt động đạt kết tốt Trong trình làm đồ án em tìm hiểu thêm chức module sử dụng ứng dụng nhiều việc sống Em hi vọng ứng dụng module hệ thống vào thực tiễn sống khơng đơn mơ hình Đồ án tốt nghiệp em thực cố gắng nỗ lực thân bảo tận tình giáo viên hướng dẫn Tuy nhiên, sai sót khuyết điểm đồ án em không tránh khỏi Em mong nhận góp ý thầy giáo hội đồng bạn để đồ án em hoàn thiện ... Cơng nghệ thường sử dụng để truyền thông loại thiết bị khác 1.4 Đặc điểm công nghệ Bluetooth CHƢƠNG II: HỆ THỐNG ĐỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA BLUETOOTH 2.1 Sơ đồ khối hệ thống Hình 2.1 Sơ đồ. .. Chương 1: Tổng quan công nghệ Bluetooth - Giới thiệu Bluetooth - Lịch sử đời phát triển Bluetooth Chương 2: Hệ thống điều khiển thiết bị điện thông qua Bluetooth - - Giới thiệu hệ thống Bluetooth. .. người Công nghệ số thực bước tiến lớn cho công nghệ Với mong muốn áp dụng cơng nghệ số vào thực tiễn em chọn đề tài: ? ?Điều khiển thiết bị điện phịng thơng qua hệ thống Bluetooth? ?? Nội dung đồ án