Đề tài điều khiển thiết bị từ xa thông qua smartphone sử dụng sóng bluetooth

điều khiển thiết bị trong gia đình bằng smartphone sử dụng sóng bluetooth. cụ thể ở đây là điều khiển thiết bị đèn sáng sử dụng nguồn 220v. ở đây sử dụng 3 bóng đèn chử ủ bằng smartphone để điều khiển các loại thiết bị mà ta muốn.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỒ ÁN VIỄN THÔNG 1

THÔNG QUA BLUETOOTH

Ngành Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông

Sinh Viên: THÂN VĂN BÀN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

-Nhóm xin chân thành cảm ơn thầy Đào Văn Phượng, đã tận tâm hướng dẫnnhóm qua từng buổi học trên lớp cũng như những buổi nói chuyện, thảo luận về

đồ án Trong thời gian được học tập và làm đồ án dưới sự hướng dẫn của thầy,nhóm không những thu được rất nhiều kiến thức bổ ích, mà còn được truyền sựsay mê và thích thú đối với bộ môn liên quan đến chuyên nghành điện tử truyềnthông Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy thì nhóm nghĩ bài

đồ án này của nhóm rất khó có thể hoàn thành được

Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, đã luôn là nguồn độngviên to lớn, giúp nhóm vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình học tập vàlàm đồ án Mặc dù đã rất cố gắng hoàn thiện đồ án với tất cả sự nổ lực, tuynhiên để nắm rõ và hiểu hết về đề tài “ Điều khiển thiết bị trong gia đình sửdung Bluetooth” Chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót Nhóm rấtmong sự quan tâm, thông cảm và những đóng góp quý báu của các thầy cô vàcác bạn để bài báo cáo đồ án này ngày càng hoàn thiện hơn

TP HCM, ngày 06 tháng 6 năm 2016 Sinh viên thực hiên:

THÂN VĂN BÀN

ĐÀO XUÂN MÃO

PHẠM VĂN BẢO

cầu về trao đổi thông tin giải trí, nhu cầu về điều khiển các thiết bị từ xa, ngàycàng cao Và những hệ thống dây cáp phức tạp lại không thể đáp ứng nhu cầunày, nhất là ở những khu vực chật hẹp, những nơi xa xôi, trên các phương tiệnvận chuyển,…Vì vậy công nghệ không dây đã ra đời và phát triển mạnh mẽ, tạorất nhiều thuận lợi cho con người trong đời sống hằng ngày

Trong những năm gần đây công nghệ truyền nhận dữ liệu không dây đang cónhững bước phát triển mạnh mẽ, góp công lớn trong việc phát triển các hệ thốngđiều khiển, giám sát từ xa, đặc biệt là các hệ thống thông minh Hiện nay, cókhá nhiều công nghệ không truyền nhận dữ liệu không dây như RF, Wifi,Bluetooth,SMS…Trong đó, Bluetooth là một trong những công nghệ được pháttriển từ lâu và luôn được cải tiến để nâng cao tốc độ cũng như khả năng bảomật

Trên thị trường Việt Nam hiện nay chưa có nhiều sản phẩm điều khiển thiết

bị không dây, đa số những sản phẩm hiện có đều là nhập khẩu từ nước ngoài vớigiá thành cao Việc nghiên cứu và thiết kế một bộ sản phẩm điều khiển thiết bịkhông dây có một ý nghĩa lớn, giúp tăng thêm sự lựa chọn cho người sử dụng,sản phẩm được sản xuất trong nước nên giá thành rẻ và góp phần phát triển các

hệ thống điều khiển thông minh

Do đó, nhóm quyết định thực hiện đề tài: “Mạch điều khiển các thiết bị tronggia đình sử dụng Bluetooth “ Đề tài ứng dụng công nghệ Bluetooth phổ biếntrên nhiều thiết bị, đặc biệt điểm mới của đề tài so với các sản phẩm hiện có là

và đưa về vi điều khiển atmega 328p để xử lý, sau khi xử lý tín hiệu đáp ứngđúng với lập trình thì atmega328p sẽ thực hiện việc xuất dữ liệu ra cácDIGITAL (tức là ngõ ra I/0) để điều khiển khối relay bật tắt từ những yêu cầucủa bên phát.

Nội dung báo cáo gồm 4 chương:

Chương 4: Kết Quả

Đề tài này giúp nhóm hiểu rỏ hơn về nguyên lý thu phát và ứng dụng những

lý thuyết được học vào thực tế Đồng thời tìm hiểu thêm được những điều chưađược học và nân cao kỹ năng thực hành cũng như là những ứng dụng của mạchtrong thực tế Qua quá trình nghiên cứu và thực hiện thì nhóm rút ra được:

1 Đã làm được :

2 Chưa làm được :

board

3 Hướng phát triển đề tài trong những báo cáo tiếp theo:

mạng wifi

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN. i

LỜI CẢM ƠN ii

LỜI NÓI ĐẦU iii

MỤC LỤC vi

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN vii

CHƯƠNG 1 : KIẾN THỨC TỔNG QUANG 1

1.1 Giới thiệu điều khiển từ xa 1

1.1.1 Điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến Bluetooth 2

1.1.2 Ứng dụng Bluetooth 2

CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH THIẾT KẾ 3

2.1 Giới Thiệu Linh Kiện Sử Dụng 3

2.1.1 Tổng quang về arduino uno R3 3

2.1.2 Tìm hiểu về vi điêu khiển ATMEGA 328P 9

2.1.3 Tổng Quang Về Bluetooth HC-05 12

2.1.4 RELAY 5 CHÂN 16

2.1.5 ĐIỆN TRỞ 17

2.1.6 DIODE 19

2.1.7 LED ĐƠN. 20

2.1.8 Transistor c8550 21

2.1.9 Công Tắc 3 cực. 22

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 23

3.1 Sơ đồ khối Và Sơ Đồ Nguyên Lý 23

3.1.3 Khối xử lý trung tâm arduino uno r3 (vi xử lý ATmega 328p) 28

3.1.4 Khối Relay đèn báo ngõ ra 29

3.2 THI CÔNG 29

3.2.1 Sơ đồ layout cho mạch. 29

3.2.2 Tiến hành rửa mạch và hàn mạch. 30

3.2.3 Kết quả mạch 31

3.3 CODE VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC. 31

3.3.1 Code 31

3.3.2 Nguyên lý làm việc của mạch. 33

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐỀ TÀI 35

Hình ảnh mô hình sau khi thi công hoàng thành đồ án. 35

Ưu Điểm của mạch 36

Nhược điểm 36

Kết Luận 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

hướng dẫn đề tài “ Điều khiển thiết bị trong gia đình thông quang Bluetooth”

nói về những bất cập trong khi thực hiện của các khóa trước

layout mạch trên proteus8.1

CHƯƠNG 1 : KIẾN THỨC TỔNG QUANG

1.1 Giới thiệu điều khiển từ xa

Ít người biết rằng những chiếc điều khiển từ xa đầu tiên trên thế giới được rađời nhằm mục đích phục vụ cho chiến tranh Các loại điều khiển từ xa bằng tần

số vô tuyến xuất hiện vào chiến tranh thế giới thứ I nhằm hướng dẫn các tàu hảiquân Đúc đâm vào thuyền của quân đồng minh

Đến chiến tranh thế giới thứ II, điều khiển từ xa dùng để kích nổ những quảbom Sau chiến tranh, công nghệ tuyệt vời của chứng tiếp tục được cải tiến đềphục vụ đắc lực trong đời sống con người Và đến nay, có thể nói, gần như aicũng đã từng sử dụng điều khiển từ xa để điều khiển một thiết bị nào đó

Kỹ thuật điều khiển hệ thiết bị là ngành thuộc nhóm ngành điện – điện tử,chuyên nghiên cứu các thuật toán, hệ thống để điều khiển, sử dụng các thiết bịchấp hành nhằm mục đích tự động các quá trình công nghệ sản xuất, nơi cácthao tác của con người được thay thế hoàn toàn bằng các hoạt động máy móc,robot và các thiết bị điều khiển tự động nhằm tăng sự tiện ích và làm tăngnăng xuất lao động Đây là ngành học đòi hỏi người học phải năng động, đam

mê, sáng tạo, kiên trì, ham học hỏi, có kỹ năng nghề nghiệp cao…

Ban đầu, người ta dung điều khiển từ xa sử dụng công nghệ tần số vô tuyến

RF ( radio Frequency ) và sau đo bắt đầu ứng dụng công nghệ hồng ngoại IR vào điều khiển từ xa Sau đó giai đoạn 1990 thì Bluetooth ra đời đầu tiên bởi Ericsson (hiện nay là Sony Ericsson và Ericsson Mobile Platforms), và sau đó được chuẩn hoá bởi Bluetooth Special Interest Group (SIG) Chuẩn được phát hành vào ngày 20 tháng 5 năm 1999 Ngày nay được công nhận bởi hơn 1800 công ty trên toàn thế giới Được thành lập đầu tiên bởi Sony Ericsson,

IBM, Intel, Toshiba và Nokia, sau đó cùng có sự tham gia của nhiều công ty khác với tư cách cộng tác hay hỗ trợ Bluetooth có chuẩn là IEEE 802.15.1

1.1.1 Điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến Bluetooth

Bluetooth là một đặc tả công nghiệp cho truyền thông không dây tầm gầngiữa các thiết bị điện tử Công nghệ này hỗ trợ việc truyền dữ liệu qua cáckhoảng cách ngắn giữa các thiết bị di động và cố định, tạo nên các mạng cá

nhân không dây (Wireless Personal Area Network-PANs).

Bluetooth có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu 1Mb/s Bluetooth hỗ trợ tốc

độ truyền tải dữ liệu lên tới 720 Kbps trong phạm vi 10 m–100 m Khác với kếtnối hồng ngoại (IrDA), kết nối Bluetooth là vô hướng và sử dụng giải tần2,4 GHz

Thuật ngữ "Bluetooth" (có nghĩa là "răng xanh") được đặt theo tên của một

vị vua Đan Mạch, vua Harald Bluetooth, người Viking nổi tiếng về khả nănggiúp mọi người có thể giao tiếp, thương lượng với nhau Vào thế kỷ thứ 10,chính vị vua này đã mang đạo Tin Lành vào Đan Mạch trong khi Ericsson làcông ty đầu tiên phát triển đặc tả cho công nghệ hiện đang ngày càng thôngdụng trong cuộc sống hiện đại

1.1.2 Ứng dụng Bluetooth

 Điều khiển và giao tiếp không dây giữa một điện thoại di động và tainghe không dây

hỏi ít băng thông

 Giao tiếp không dây với các thiết bị vào ra của máy tính, chẳng hạnnhư chuột, bàn phím và máy in

 Thay thế các giao tiếp nối tiếp dùng dây truyền thống giữa các thiết bị

đo, thiết bị định vị dùng GPS, thiết bị y tế, máy quét mã vạch, và các thiết bịđiều khiển giao thông

Bluetooth khác

 Kết nối Internet cho PC hoặc PDA bằng cách dùng điện thoại di độngthay modem.

CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH THIẾT KẾ

2.1 Giới Thiệu Linh Kiện Sử Dụng

2.1.1 Tổng quang về arduino uno R3

(a)

(b)Hình 1.1(a,b) sơ đồ nguyên lý của board arduino uno r3

Arduino thật ra là một bo mạch li xử lý được dùng để lập trình tương tác vớicác thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác Đặcđiểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng,với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người

ít am hiểu về điện tử và lập trình Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính làmức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm ArduinoUno là sử dụng chip Atmega328 Nó có 14 chân digital I/O, 6 chân đầu vào(input) analog, thạch anh dao động 16Mhz Một số thông số kỹ thuật như sau :

Hình 1.2 Bảng thông số kỹ thuật arduino uno R3

2.1.1.1 Vi điều khiển

Hình 1.3 chip ATmega328p

Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8,ATmega168, ATmega328 Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản nhưđiều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm mộttrạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD…vv

2.1.1.2 Năng Lượng

Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấpnguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V.Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có sẵnnguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làmhỏng Arduino UNO

 Các Chân Năng Lượng :

 GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn

dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân nàyphải được nối với nhau

 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.

 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.

 Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực

dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

 IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được

đo ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấynguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấpnguồn

 RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương

2.1.1.3 Bộ Nhớ

 Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:

 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ

nhớ Flash của vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽđược dùng cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB

bộ nhớ này đâu

 2KB cho SRAM (Static random access memory): giá trị các biến bạn khai

báo khi lập trình sẽ lưu ở đây Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cầnnhiều bộ nhớ RAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lạitrở thành thứ mà bạn phải bận tâm Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bịmất

 1KB choEEPROM (electrically eraseble programmable read only memory):

đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu củamình vào không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM

2.1.1.4 Các cổng vào/ra

Hình 1.4 Các cổng I/O

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ

có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ởmỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiểnATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối)

 Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận

(receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bịkhác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính

là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên

sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với

analogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra

ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V nhưnhững chân khác.

 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các

chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằnggiao thức SPI với các thiết bị khác

 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm

nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân

số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với

chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử

dụng các chân analog Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn

có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với

độ phân giải vẫn là 10bit

I2C/TWI với các thiết bị khác

2.1.1.5 Lập trình cho arduino

Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng Ngônngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung VàWiring lại là một biến thể của C/C++ Một số người gọi nó là Wiring, một sốkhác thì gọi là C hay C/C++

Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm pháttriển dự án này đã cũng cấp đến cho người dùng một môi trường lập trìnhArduino được gọi là Arduino IDE (intergrated development environment) nhưhình dưới đây

Hình 1.5 chương trình IDE

2.1.2 Tìm hiểu về vi điêu khiển ATMEGA 328P

Atmega328 là một chíp vi điều khiển được sản xuất bời hãng Atmel thuộc họMegaAVR có sức mạnh hơn hẳnAtmega8 Atmega 328 là một bộ vi điều khiển

8 bít dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ chương trình 32KB ISP flash có thể ghixóa hàng nghìn lần, 1KB EEPROM, một bộ nhớ RAM vô cùng lớn trong thếgiới vi xử lý 8 bít (2KB SRAM)

Với 23 chân có thể sử dụng cho các kết nối vào hoặc ra i/O, 32 thanh ghi, 3

bộ timer/counter có thể lập trình, có các gắt nội và ngoại (2 lệnh trên một vectorngắt), giao thức truyền thông nối tiếp USART, SPI, I2C Ngoài ra có thể sửdụng bộ biến đổi số tương tự 10 bít (ADC/DAC) mở rộng tới 8 kênh, khả nănglập trình được watchdog timer, hoạt động với 5 chế độ nguồn, có thể sử dụng tới

6 kênh điều chế độ rộng xung (PWM)

Hình 1.8 Sơ đồ nối dây

cho mỗi bit)

nguồn Khi đầu vào, Port B pins được bên ngoài kéo thấp sẽ mã nguồn hiệnnay, nếu các điện trở kéo lên được kích hoạt Các chân Port B là tri-ghi khimột điều kiện thiết lập lại trở nên hoạt động, thậm chí nếu đồng hồ khôngchạy

như là đầu vào cho các bộ khuếch đại nghịch đảo Oscillator và đầu vào cho

 Tùy thuộc vào các cài đặt bảo lựa chọn đồng hồ, PB7 có thể được sử dụngnhư là đầu ra của bộ khuếch đại nghịch đảo bộ tạo giao động.

chip đồng hồ, PB7 6 được sử dụng như TOSC2 1 đầu vào cho đồng bộTimer / Counter 2 của bit AS2 trong ASSR được thiết lập

2.1.2.1.4 Port C (PC5:0)

cho mỗi bit) Các PC5 0 bộ đệm đầu ra có đặc điểm ổ đối xứng với cả bồnrửa cao và khả năng nguồn Khi đầu vào, Port C pins được bên ngoài kéothấp sẽ mã nguồn hiện nay, nếu các điện trở kéo lên được kích hoạt

thậm chí nếu đồng hồ không chạy

2.1.2.1.5 PC6/RESET

Lưu ý rằng các đặc tính điện của PC6 khác với các chân khác của Port C

như một Thiết lập lại đầu vào

Reset, thậm chí nếu đồng hồ không chạy

2.1.2.1.6 Port D (PD7:0)

cho mỗi bit) Các bộ đệm đầu ra Port D có đặc điểm ổ đối xứng với cả bồnrửa cao và khả năng nguồn

các điện trở kéo lên được kích hoạt

động, thậm chí nếu đồng hồ không chạy

2.1.2.1.7 AVCC

ADC7: 6 Nó nên được bên ngoài kết nối với VCC, thậm chí nếu ADCkhông được sử dụng

lọc thông thấp

2.1.2.1.8 AREF

2.1.2.1.9 ADC7:6 (TQFP and QFN/MLF Package Only)

chuyển đổi A / D Các chân này được cung cấp từ nguồn analog và phục vụnhư các kênh ADC 10-bit

2.1.3 Tổng Quang Về Bluetooth HC-05

(B)Hình 1.9 (A,B): Cấu tạo của module Bluetooth hc-05

2.1.3.1 Đặc điểm kỹ thuật

 Mudule có 2 chế độ làm việc:

để giao tiếp và cài đặt module

2.1.3.2 Nguyên lý hoạt động

bị cá nhân hay mạng cục bộ nhỏ trong phạm vi băng tần từ 2.4GHz đến2.485GHz Bluetooth được thiết kế hoạt động trên 79 tần số đơn lẻ Khi kếtnối, nó sẽ tự động tìm ra tần số tương thích để di chuyển đền thiết bị cần kếtnối trong khu vực nhằm đàm bảo sự liên tục

bluetooth để dò tìm module sau đó nhập với mã PIN là 1234 Sau khi đăngnhập thành công, bạn đã có 1 cổng nối tiếp (serial) từ xa hoạt động ở tốc độtruyền (baud rate) 9600

module bluetooth HC-06 HC05, usb bluetooth, bluetooth của laptop…) vàtiến hành pair chủ động mà không cần thiết lập gì từ máy tính hoặcsmartphone

tác vụ mong muốn Để bluetooth module chuyển từ chế độ thông thường quađiều khiển bằng lệnh AT, ta có 2 cách như sau:

cao (=Vcc) cho chân KEY của module bluetooth Khi đó giao tiếp bằng tậplệnh AT với module bằng cổng Serial (Tx và Rx) với baud rate

là 38400 (khuyên dùng)

chân KEY của module bluetooth Lúc này bạn có thể giao tiếp với modulebằng tập lệnh AT với baud rate là 9600

module bluetooth HC05 sẽ nhấp nháy chậm cho thấy kết nối Serial đã đượcthiết lập