.
3.2. Chức năng và hoạt động của các thành phần 20
3.2.1. Khối nguồn
Khối nguồn sử dụng là Module nguồn AC-DC 5V3W HLK-PM01 với tính năng siêu mỏng, siêu nhỏ, tất cả các điện áp đầu vào (AC: 90 ~ 264V) .Gợn sóng và tiếng ồn thấp ,quá tải đầu ra và bảo vệ ngắn mạch, sản phẩm được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu của EMC và kiểm tra an toàn. Tiêu thụ điện năng thấp, bảo vệ môi trường, không tải mất <0.1W
3.2.2. Module Bàn Phím Cảm Ứng Chạm TTP223
Hình 3. 3: Các loại module bàn phím chạm
a) Mơ tả chung
Các MtouchTM TTP223-BA6 / TTP223N-BA6 là một loại IC dị cảm ứng trong đó cung cấp 1 địa chỉ liên lạc. Việc phát hiện chạm IC được thiết kế để thay thế chính nút trực tiếp truyền thống với nhiều mẫu mã đa dạng kích thước,tiêu thụ điện năng thấp và điện áp hoạt động rộng là những tính năng quan trọng liên lạc ứng dụng cho DC hoặc AC.
Thông số kỹ thuật:
- Dải điện áp vào: 90VAC - 265VAC - Điện áp đầu ra: 5VDC (+/- 0.2) - Cơng suất: 3W
~ Dịng điện đầu ra: > 600mA ~ Dịng điện đầu và max: 200mA
Đề tài: Cơng tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth Trang - 21 -
b) Các tính năng chính
Điện áp hoạt động 2.0V ~ 5.5V
Điều hành hiện tại là VDD = 3V, không tải
Ở chế độ năng lượng 1.5uA điển hình thấp, 3.0uA tối đa
Thời gian đáp ứng tối đa 220mS ở chế độ năng lượng thấp : VDD = 3V
Độ nhạy sáng có thể điều chỉnh bằng điện dung (0 ~ 50pF) bên ngoài.
Phát hiện cảm động ổn định của cơ thể con người để thay thế cho cơng tắc chính trực tiếp truyền thống.
Cung cấp chế độ nguồn thấp
Cung cấp chế độ trực tiếp, chuyển đổi chế độ bằng cách lựa chọn pad (TOG pin)
Q pin CMOS là đầu ra.
Tất cả các chế độ đầu ra có thể được lựa chọn hoạt động cao hoặc hoạt động thấp do lựa chọn loại chân (AHLB pin)
Sau khi bật nguồn có khoảng 0.5s ổn định thời gian, trong thời gian không chạm vào các phím bấm.
c) Sơ đồ nguyên lý của mạch
Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth Trang - 22 -
3.2.3. Khối thu tín hiệu Bluetooth ( Module Bluetooth HC05) a) Tổng quan a) Tổng quan
Hình 3. 5: Module Bluetooth HC05.
Module HC -05 là một dễ sử dụng Bluetooth SPP module (Serial Port Protoco), được thiết kế cho các thiết lập kết nối nối tiếp không dây trong suốt. Nối tiếp module cổng Bluetooth là đủ điều kiện Bluetooth V2.0 + EDR ( Enhanced Data Rate) 3Mbps điều chế với đầy đủ thu phát vơ tuyến và 2.4GHz baseband . Nó sử dụng CSR Bluecore 04 - ngoài hệ thống đơn chip Bluetooth với công nghệ CMOS và với AFH (Adaptive Frequency Hopping feature). Nó có dấu chân nhỏ như 12.7mm x27mm . Hy vọng nó sẽ đơn giản hóa tổng thể thiết kế / chu kỳ phát triển .
b) Thông số kỹ thuật
Độ nhạy cảm điển hình -80dBm .
Tính đến + 4dBm RF truyền tải điện năng .
Nguồn hoạt động 1.8V- 3,3V-5 V .
Kiểm soát PIO .
Giao diện UART với tốc độ truyền có thể lập trình . Tích hợp ăng-ten.
Với kết nối cạnh chân Bluetooth HC05
Tự động kết nối với các thiết bị mới nhất về điện như mặc định . Giấy phép thiết bị ghép đôi để kết nối như mặc định .
Tự động ghép nối mã pin : "1234 " như mặc định .
Tự động kết nối lại trong vòng 30 phút khi ngắt kết nối như là kết quả của ngồi
Đề tài: Cơng tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth Trang - 23 - Hình 3. 6: Sơ đồ chân Module Bluetooth HC05.
Cấu hình các chân cho module
- Điện áp hoạt động: 3.3V.
- Module có 2 chế độ làm việc (có thể lựa chọn chế độ làm việc bằng cách thay đổi trạng thái chân 34 KEY):
- Tự động kết nối.
- Đáp ứng theo lệnh: khi làm việc ở chế độ này, các bạn có thể gửi các lệnh AT để giao tiếp với module.
- Module HC05 có thể nhận 1 trong 3 chức năng: Master, Slave, Loopback (có thể lựa chọn các chức năng bằng lệnh AT).
- Giao tiếp với module bằng giao tiếp nối tiếp không đồng bộ qua 2 đường RX và TX, vì vậy các bạn có thể sử dụng PC với chuẩn RS232 hoặc các dòng vi điều khiển để giao tiếp.
- Bằng cách thay đổi trạng thái chân 34 (KEY), bạn có thể cấu hình chế độ hoạt động cho module:
- Để module làm việc ở chế độ kết nối tự động: KEY phải ở trạng thái Floating (trạng thái không kết nối).
- Để module làm việc ở chế độ đáp ứng theo lệnh: KEY = ‘0’ (kết nối xuống đất) và Cấp nguồn cho module và chuyển KEY = ‘1’ (kết nối lên VCC) và lúc này có thể sử dụng các lệnh AT để giao tiếp.
3.2.4. Khối xử lý tín hiệu
VĐK 16f688 có 14 chân, được chia làm 3 cổng. Trong đó có 12 chân có tác dụng kép (1 chân có 4 chức năng), mỗi đường có thể hoạt động như đường xuất nhập hoặc đường điều khiển hay là các thành phần của các bus dữ liệu và bus địa chỉ.
Chức năng: Xử lý tín hiệu được đưa vào
+ Hoạt động: Khi tín hiệu được truyền từ Module Bluetooth HC05, qua chuẩn UART VĐK nhận tín hiệu để đưa về so sánh với bộ mã lệnh mà người viết
Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth Trang - 24 -
chương trình đã nạp vào nó. Khi hai tín hiệu đưa vào giống với mã lệnh của VĐK thì thực hiện cơng việc tương ứng với tín hiệu đó. Khi tín hiệu được VĐK xử lý xong thì tín hiệu đó sẽ được xuất lệnh ra khối chấp hành.
3.2.5. Khối chấp hành
Rơle là một thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu rất hay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển , bảo vệ và điều sự làm việc của mạch điện động lực.
Cơ cấu tiếp thu (khối tiếp thu): Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian.
Cơ cấu trung gian( khối trung gian ): Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơ le tác động.
Hình 3. 7: Khối chấp hành.
Chức năng khối chấp hành: Đóng ngắt thiết bị điện
Nguyên lý hoạt động: Sự làm việc của rơ le dựa trên nguyên lý điện từ
Khi cho dòng điện đi vào cuộn dây nam châm điện thì nắp sẽ chịu một lực hút.
Khi dòng điện vào cuộn dây i> Itđ( dòng điện tác động) làm cho lực F tăng , hút nắp dẫn đến khe hở giảm làm đóng tiếp điểm.
Khi dịng điện i< Itv (dịng trở về) thì lực lị xo giảm xuống và rơ le nhà các tiếp điểm.
3.2.6. Khối phát tín hiệu
Đây là các điện thoại di động thông minh (Smart phone) Yêu cầu: + Có sóng Bluetooth
+ Sử dụng phần mềm Android 3.0 trở lên + Bộ nhớ xử lý trên 1 GB
Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth Trang - 25 -
3.3. Tính toán các linh kiện sử dụng trong mạch 3.3.1. Liệt kê linh kiện
- IC: 16f688 - Rơ le 5VDC
- Module Bluetooth HC05, Module bàn phím chạm TTP223 - Điện trở 1k, 10k, Điot 1N4007……..
3.3.2. Tính tốn lựa chọn các linh kiện
VĐK 16f688 có thể được thay thế bằng 16f877A để tăng bộ nhớ ROM. Có thể thay thế Module Bluetooth HC05 thành Module Wifi ESP8266 ESP_1. Chọn led đơn và giá trị điện trở:
Thông số kĩ thuật: Vled = 1.9 - 2.2V, I led= 15 - 25mA, nguồn cấp 5VDC
Chọn điện áp trung bình qua led là 2V, dịng trung bình I = 15mA = 0.015A.
Cơng thức tính điện trở:
3.4. Sơ đồ nguyên lý và mạch in
Sơ đồ nguyên lý hệ thống bao gồm khối nguồn và main được thiết kế chi tiết trên phần mềm CAD 9.2:
Sơ đồ mạch in được in chi tiết ở chế độ Gray Scale có hiển thị các đường TopLayer, bottomLayer, TopOverLay, KeepOutLayer.
Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth Trang - 26 - Hình 3. 9: Sơ đồ mạch in
3.5. Xây dựng chương trình điều khiển cho cơng tắc bằng smart phone thơng qua sóng Bluetooth.
3.5.1. Viết chương trình cho vi điều khiển
Mỗi phần cứng nhất định phải có chương trình phù hợp kèm theo, do đó trước khi viết chương trình địi hỏi người viết phải nắm bắt được cấu tạo phần cứng và các yêu cầu mà mạch điện cần thực hiện. Chương trình là tập hợp các lệnh được tổ chức theo một trình tự hợp lí để giải quyết các yêu cầu của người lập trình. Chương trình cho Vi điều khiển 16f688 có thể viết bằng C++,C,Visual Basic, CCS5.015 …..vv. Tuy nhiên phần mềm Plowcode V5 được đa số người dùng vi điều khiển sử dụng để lập trình.
Lưu đồ thuật giải là một công cụ trực quan để diễn đạt các thuật toán. Biểu diễn thuật toán bằng lưu đồ sẽ giúp người đọc theo dõi được sự phân cấp các trường hợp và quá trình xử lý của thuật toán. Phương pháp lưu đồ thường được dùng trong những thuật tốn có tính rắc rối, khó theo dõi được quá trình xử lý. Phần mềm Plowcode V5 có thể đọc và biên dịch chương trình thành C và xuất mã Hex :
Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth Trang - 27 -
a. Lưu đồ giải thuật cho khối nhận tín hiệu Bluetooth.
Hình 3. 10: Lưu đồ giải thuật nhận tín hiệu Bluetooth
Giải thích lưu đồ giải thuật: Bắt đầu chương trình cho hai đèn đều tắt, kiểm tra xem có tín hiệu module Bluetooth HC05 được gửi tới khơng, nếu đúng thì cho hai đèn bật, nếu sai kết thúc chương trình và quay về chương trình chính tiếp tục kiểm tra. Begin Tắt đèn 1 Tắt đèn 2 Nhận ký tự Bật đèn 2 Bật đèn 1 End S Đ
Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth Trang - 28 - Begin SW1 nhấn End Đ S Tắt đèn 1 SW1 nhả S Đảo trạng thái đèn 1 Đ SW2 nhấn Đ SW2 nhả S Đảo trạng thái đèn 2 Đ S Tắt đèn 2
b. Lưu đồ giải thuật cho khối cảm biến chạm
Hình 3. 11: Lưu đồ giải thuật cảm biến chạm
Giải thích lưu đồ giải thuật: Bắt đầu chương trình cho hai đèn tắt, kiểm tra hai nút nhấn SW1 và SW2 xem có nút nào nhấn không, nếu không nhấn quay về tiếp tục kiểm tra xem có nút nào nhấn khơng, nếu một trong hai nút nhấn, SW1 nhấn đúng kiểm tra xem SW1 nhả chưa nếu đúng đảo trạng thái đèn 1 và kết thúc, nếu sai quay về kiểm tra SW1 nhả khơng và lặp lại chương trình. SW2 tương tự như SW1.
Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth Trang - 29 -
c. Lưu đồ giải thuật chương trình chính cho đề tài
Hình 3. 12: Lưu đồ giải thuật chương trình chính
Giải thích lưu đồ giải thuật: Bắt đầu chương trình cho hai đèn tắt, kiểm tra xem có nhận ký tự khơng , nếu sai thì kiểm tra hai nút nhấn có nhấn không nếu khơng quay về tiếp tục kiểm tra, nếu có nhấn thì thực hiện lệnh đảo trạng thái đèn
Begin
Tắt đèn 1
Tắt đèn 2
Nhận ký tự
Kiểm tra nút nhấn
Đảo trạng thái đèn 1, 2 Đảo trạng thái đèn 1, 2
End
S S
Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth Trang - 30 -
1,2 , tương tự vậy thì bên nhận ký tự thực hiện lệnh giống với nút nhấn và kết thúc chương trình.
3.5.2. Phần mềm trên smart phone.
a) Cấu hình của phần mềm
Hình 3. 13: Cách tạo ứng dụng của phần mềm
Hình 3. 14: Giao diện phần mềm
b) Cách viết phầm mềm cho đề tài
Cụ thể cơng việc của bạn là gì? Trước tiên để có thể sử dụng được ứng dụng này các bạn cần phải có 1 tài khoản google (tài khoản gmail các bạn hay dùng đó) và có internet sau đó để bắt đầu vào trang wed:Http:// ai2.appinventor.mit.edu hoặc tải về cài vào máy tính mở ứng dụng có giao diện thiết kế. Nó sẽ giống như hình dưới đây:
Đề tài: Cơng tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth Trang - 31 - Hình 3. 15: Giao diện viết ứng dụng
Tiếp đến các bạn cần tạo 1 dự án mà bạn muốn (app or game) bằng cách: Nhấn vào PROJECTS -> START NEW PROJECTS rồi đặt tên cho nó nhấn OK (chú ý tên viết liền ko dấu nhé). Khi các bạn tạo xong nó sẽ chuyển đến màn hình làm việc như sau.
Hình 3. 16: Tạo một dự án
Cột thứ nhất là các đối tượng mà bạn sẽ chọn để đưa vào ứng dụng của bạn. Nhiệm vụ các bạn là lựa chọn đối tượng phù hợp rồi kéo sang vùng số 2.
Cột thứ 2 là cột hiển thị trực quan, là nơi tiếp nhận đối tượng từ mục 1.
Cột thứ 3 chứa danh sách những đối tượng mà bạn đã dùng
Cột thứ 4 là mục thuộc tính của từng đối tượng.
Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth Trang - 32 -
Hình 3. 17: Tạo giao diện điều khiển
Để lập trình tính năng cho các đối tượng các bạn chuyển qua thẻ block nhé. nó có giao diện như sau:
Hình 3. 18: Chuyển thể block để lập trình các đối tượng
Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth Trang - 33 - Hình 3. 19: Viết lệnh cho các đối tượng điều khiển
c) Phần mềm khi viết xong cho đề tài
Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth Trang - 34 -
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 4.1. Kết quả Hình 4. 1: Sản phẩm hồn chỉnh 4.2. Thực nghiệm Trường hợp text mạch Số lần thực hiện Phần trăm Mức độ hoạt động
Cấp nguồn Hi_link đo mức điện áp
50 100% Hoạt động rất ổn định, khơng có hiện tượng sụt áp.
Kiển tra truyền nhận module Bluetooth HC05
50 100% Truyền nhận tốt, tốc độ truyền ổn định, khoảng cách 10m .
Module chạm TTP223 50 95% Có sai số chiếm (5%) có hiện tượng nhầm lệnh.
Hình 4. 2: Q trình thực nghiệm.
→ Lý do: Muốn kiểm thử xem mạch có hoạt động đúng và ổn định hay khơng trong các trường hợp khác nhau.
Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth Trang - 35 -
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 5.1 Kết luận
Sau khi thực hiện xong đề tài nghiên cứu khoa học: “ CÔNG TẮC ĐIỀU KHIỂN BẰNG SMARTPHONE THÔNG QUA BLUETOOTH”. Em đã thu được những kết quả sau:
- Tìm hiểu về VĐK PIC 16F688, cấu trúc phần cứng bên ngoài và bên trong, chế độ hoạt động, bộ định thời.
- Tìm hiểu về sóng Bluetooth và ba module: Bluetooth HC05, Bàn phím cảm ứng, Nguồn Hi_link.
- Tìm hiểu về phần mềm CAD 9.2 là công cụ chuyên thiết kế mạch nguyên lý và mạch in. Việc soạn thảo và biên dịch chương trình điều khiển cho VĐK 16F688 ta dùng phần mềm Plowcode V5 là công cụ chuyên để soạn thảo chương trình cho VĐK bằng lưu đồ giải thuật.
- Thiết kế và xây dựng mơ hình thực cơng tắc điều khiển bằng smart phone thơng qua sóng Bluetooth. Mơ hình trên được xây dựng tính ứng dụng rất , phù hợp với việc tránh tiếp xúc với điện, an tồn cho bản thân và gia đình.
5.2 Hướng phát triển
Trong tương lai, em sẽ tìm hiểu kĩ hơn và sẽ tích hợp module WiFi, GMS. Đồng thời em sẽ nghiên cứu cho chương trình ngắn hơn để đạt được hiệu quả cao hơn. Với định hướng phát triển cho phiên bản sau:
- Kết hợp với Module sóng Wifi. - Thay đổi khuôn mẫu đẹp hơn.
- Hạ giá thành sản phẩm( dùng ic rẻ hơn).