ÐIỀU KHIỂN THIẾT bị QUA BLUETOOTH DÙNG PIC

ÐIỀU KHIỂN THIẾT bị QUA BLUETOOTH DÙNG PIC ...................................... ÐIỀU KHIỂN THIẾT bị QUA BLUETOOTH DÙNG PIC ...................................... ÐIỀU KHIỂN THIẾT bị QUA BLUETOOTH DÙNG PIC ...................................... ÐIỀU KHIỂN THIẾT bị QUA BLUETOOTH DÙNG PIC ...................................... ÐIỀU KHIỂN THIẾT bị QUA BLUETOOTH DÙNG PIC ...................................... ÐIỀU KHIỂN THIẾT bị QUA BLUETOOTH DÙNG PIC ......................................

ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA

BLUETOOTH

HÌNH 2-2: ADAPTER 6

HÌNH 2-3: LCD 16X2 7

HÌNH 2-4: SƠ ĐỒ CÁC CHÂN LM324 9

HÌNH 2-5: SƠ ĐỒ IC 7805 10

HÌNH 2-6: TỤ HÓA 11

HÌNH 2-7: TỤ GỐM 11

HÌNH 2-8: ĐIỆN TRỞ 12

HÌNH 2-9: DIODE 12

HÌNH 2-10: LED ĐƠN 13

HÌNH 2-11: CẢM BIẾN LM-35 13

HÌNH 2-12: ĐỘNG CƠ SERVO SG90 14

HÌNH 2-13: CẤU TRÚC CHÂN VÀ XUNG HOẠT ĐỘNG LM35 14

HÌNH 3-1: SƠ ĐỒ KHỐI 17

HÌNH 3-2: KHỐI MẠCH NGUYÊN LÝ NGUỒN 18

HÌNH 3-3: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH 18

HÌNH 3-4: SƠ ĐỒ LAYOUT CỦA MẠCH 18

HÌNH 3-5: MẠCH THỰC TẾ 19

EEPROM Electrically Erasable Programable Read-Only Memory

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN MẠCH ĐIỂU KHIỂN THIẾT BỊ

BẰNG BLUETOOTH

1.1 Giới thiệu đề tài

Thời đại kĩ thuật và công nghệ ngày phát triển, con người càng nhận thêm nhữngtiện ích từ các thành tựu Vì thế luôn cần sự tiện lợi và nhanh chống trong các việcđiều khiển các thiết bị Do vậy thiết bị điều khiển bằng bluetooth ra đời sẽ giúp tatiết kiệm thời gian trong công việc điều khiển các thiết bị trong cuộc sống hàngngày

1.2 Mục tiêu của đề tài

Các giao tiếp không dây phổ biến và linh hoạt như Bluetooth cho phép cácthiết bị kết nối dễ dàng trao đổi dữ liệu trong khoảng cách ngắn đơn giản nhất Chophép việc kết nối không dây với các thiết bị điện, điện tử trở nên tiện lợi và hiệu quảhơn

Kết hợp những yếu tố trên, xây dựng một hệ thống điều khiển các thiết bịđiện gia dụng bằng Smartphone thông qua giao tiếp Bluetooth là ứng dụng mangtính thực tế và hiệu quả, tiện lợi cao để hướng tới một cuộc sống tiện nghi, hiện đại

1.3 Nội dung của đề tài

-Nội dung: Sử dụng phần mềm điều khiển trên Smartphone, một ưu điểm là cácthiết bị Smartphone đều được tích hợp công nghệ Bluetooth và các app điều khiểnrất dễ thiết lập triện điện thoại, vì vậy người dùng có thể dễ dàng kết nối được vớimạch để điều khiển Việc điều khiển trở lên thuận tiện và tiết kiệm chi phí so vớilàm bộ điều khiển, ứng dụng này sẽ có chức năng là truyền,nhận dữ liệu quaBluetooth để điều khiển Sử dụng một Module Bluetooth để truyền nhận dữ liệu vớiSmartphone và việc truyền nhận được điều khiển bởi một vi điều khiển Vi điềukhiển ở đây dùng là PIC16F877A, vi điều khiển này có hai nhiệm vụ chính: xử lý

dữ liệu và điều khiển kích đóng ngắt để điều khiển các thiết bị điện

-Yêu cầu cần hướng đến của đề tài:

+Ứng dụng điều khiển trên điện thoại phải kết nối nhanh với mạch điều khiển,chínhxác và an toàn

+Hệ thống mạch phần cứng của vi xử lý có độ ổn định, bền, nhỏ gọn và điều khiểnmột cách chính xác các thiết bị điện như đã thao tác trên Smartphone

+Hạn chế tối đa về nhiễu khi sử dụng với các thiết bị điện khác nhau, đặc biệt là cácthiết bị nhiễu từ trường cao

+Khoảng cách điều khiển giữa điện thoại và mạch điều khiển bảo đảm hợp lý trongkhoảng cách dưới 100m

+Giá thành phải phù hợp cho một hệ thống ổn định và có tính ứng dụng trong thựctiễn cao

1.4 Hướng nghiên cứu tìm hiểu

Tìm hiểu các tài liệu và các công trình nghiên cứu trước đó về cấu trúc vi điều khiểnPIC và các nguyên lí của HC-05 và LCD dùng hiển thị thông số nhiệt độ qua cảm

biến Sau khi xây dựng cơ sở lý thuyết của đề tài và tiến hành thử nghiệm kiểm tra

sự hoạt động trên các thiết bị linh kiện hiện có

Các bước tiến hành nghiên cứu là cơ sở nền tảng lý thuyết về vấn đề nghiên cứu,tiến hành thiết kế chương trình điều khiển và mạch điều khiển theo yêu cầu đã đặt

ra Cuối cùng là thử nghiệm trên mô hình thực nghiệm để đưa ra các kết luận

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN PIC VÀ CÁC LINH

KIỆN LIÊN QUAN

2.1 Giới thiệu về vi điều khiển

Vi điều khiển là một hệ thống nhúng khép kín với các thiết bị ngoại vi, bộ xử lí, bộnhớ Ngày nay, phần lớn hệ thống nhúng về vi điều khiển được lập trình dùng đểứng dụng trong các thiết bị điện tử tiêu dùng, gồm điện thoại, máy móc, xe hơi,thiết bị ngoại vi, đồ dùng điện lạnh trong gia đình Do vậy, vi điều khiển còn gọi là

bộ điều khiển nhúng

2.1.1 Khái quát về vi điều khiển PIC16F877A

-Vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx các tập lệnh gồm có 35 lệnh có độ dài 14 bit.Mỗi lệnh đều được thực thi trong 1 chu kì xung clock

-Tốc độ khi hoạt động tối đa là 20Mhz với một chu kì của 1 lệnh là 200ns

-Bộ nhớ chương trình: 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu: 368x8 byte RAM, bộ nhớ dữ liệuEEPROM có dung lượng: 256x8 byte 5 PORT In/Out với 33 PIN I/O

-Các đặc tính ngoại vi bao gồm những khối chức năng sau:

+Timer 0 Bộ đếm với 8 bit: bộ chia tần số 8 bit

+Timer 1 Bộ đếm với 16 bit: bộ chia tần số dùng thực hiện chức năng đếm dựa vàoxung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep

+Timer 2 với Bộ đếm 8 bit: bộ chia tần số, bộ postcaler.

+Hai bộ so sánh/Capture/ PCM

+Các chuẩn giao tiếp nối tiếp UART: 9 bit địa chỉ

+Chuẩn giao tiếp nối tiếp: SPI, SSP và I2C

+Có cổng giao tiếp song song PSP với chân điều khiển: WR, RD, CS ngoại vi.-Về đặc tính Analog có 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit và có hai bộ so sánh

-Có khả năng tự động nạp chương trình dưới sự điều khiển từ phần mềm và có nạpđược chương trình ngay trên mạch điện ICSP

2.1.2 Chức năng chân của PIC16F877A

Chân số 1 (MCLR/VPP) có 2 chức năng chính:

+MCLR: là khi ngõ vào RESET tích cực mức thấp chân này sử dụng để khởi độnglại chip khi chân này được tích cực

+VPP: là ngõ vào nhận điện áp lập trình khi lập trình cho PIC

MẠCH DAO ĐỘNG Với 2 chân 13 (OSC1) và chân 14 (OSC2) là 2 chân dao

động Tốc độ dao động được xác định qua tần số dao động của bộ tạo dao động

PORT A.

-RA0/AN0 (2), RA1/AN1 (3), RA2/AN2 (4): gồm có 2 chức năng:

-RA0,1,2: là xuất/nhập số,

-AN0,1,2: là ngõ vào analog của kênh 0,1,2

-RA3/AN3/VREF+ (5): là xuất nhấp kiểu số/ ngõ vào tương tự kênh 3/ ngõ vào ápchuẩn (high level) của bộ AD

-RA4/TOCK1/C1OUT (6): là xuất nhập kiểu số/ ngõ vào xung clock bên ngoài choTimer 0 ngõ ra bộ so sánh 1

-RA5/AN4/SS/C2OUT (7): là chân xuất nhập kiểu số/ ngõ vào analog kênh 4/ ngõvào chọn lựa SPI phụ/ ngõ ra bộ so sánh 2

-RB6/PGC (39): là chân xuất nhập số/mạch gỡ rối, xung clock lập trình ICSP.

-RB7/PGD (40): là chân để xuất nhập số/mạch gỡ rối và dữ liệu lập trình ICSP

-RC4/SDI/SDA (23): là chân dùng xuất nhập số/ dữ liệu vào SPI/ xuất nhập dữ liệuI2C

-RC5/SDO (24): là chân dùng xuất nhập số/ dữ liệu ra SPI

-RC6/TX/CK (25): là chân dùng xuất nhập số/ xung đồng bộ UART / truyền bấtđồng bộ UART

-RC7/RX/DT(26): là chân dùng xuất nhập số/ nhận bất đồng bộ UART

-RE1/WR/AN6 (9): là chân để xuất nhập số/ chân chọn lựa điều khiển port songsong/ ngõ vào analog kênh thứ 6.

-RE2/CS/AN7 (10): là chân để xuất nhập số/ chân chọn lựa điều khiển port songsong/ ngõ vào analog kênh số 7

3 VEE Chân dùng diều chỉnh độ tương phản LCD.

4 RS Chân chọn thanh ghi (Register select)

Nối chân RS với logic 1 (VDD) hoặc logic 0 (GND) để chọnthanh ghi

Logic 1: Bus DB0-DB7 sẽ kết nối với thanh ghi dữ liệu DR bêntrong LCD

Logic 0: Bus DB0-DB7 sẽ kết nối với thanh ghi lệnh IR của LCD(ở chế độ ghi) hay nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độđọc)

5 R/W Chân dùng chọn 1 trong 2 chế độ đọc/ghi (Read/Write)

Nối chân R/W với logic thấp 0: LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặcnối với logic cao 1: LCD ở chế độ đọc

Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ đượcchấp nhận khi có một xung cho phép của chân E

Chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào (chấp nhận)thanh ghi bên trong nó khi phát hiện 1 xung (mức cao xuống thấp)của chân E

Chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiệnđược cạnh lên (từ thấp lên cao) ở chân E và được LCD giữ ở busđến khi nào chân E xuống mức thấp

7

-14

DB0

-DB7

Tám đường của bus dữ liệu dùng trao đổi thông tin với MPU Có

2 chế độ sử dụng 8 đường bus này:

+Chế độ 8 bit: là chế độ dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, vớibit MSB là bit DB7

+Chế độ 4 bit: là chế độ dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4đến DB7, bit MSB là DB7

Bảng 2-1: Sơ đồ chân LCD

2.4 Module HC-05:

-Module bluetooth HC05 master/slave dùng để kết nối Serial giữa 2 thiết bị bằngsóng bluetooth Điểm đặc biệt của module bluetooth HC-05 là module có thể hoạtđộng được ở 2 chế độ: MASTER hoặc SLAVE

+ Ở chê độ SLAVE: bạn cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb bluetooth

để dò tìm module sau đó pair với mã PIN là 1234 Sau khi pair thành công, bạn đã

có 1 cổng serial từ xa hoạt động ở baud rate 9600

+ Ở chế độ MASTER: module sẽ tự động dò tìm thiết bị bluetooth khác (1 modulebluetooth HC-06, usb bluetooth, bluetooth của laptop ) và tiến hành pair chủ động

mà không cần thiết lập gì từ máy tính hoặc smartphone

-Module bluetooth HC-05 được điều khiển bằng tập lệnh AT để thực hiện các tác vụmong muốn Để bluetooth module chuyển từ chế độ thông thường qua điều khiểnbằng AT, ta có 2 cách như sau:

+ Cấp nguồn cho module bluetooth (Vcc và Gnd) đồng thời cấp mức điện áp cao(=Vcc) cho chân KEY của module bluetooth Khi đó giao tiếp bằng tập lệnh AT vớimodule bằng cổng Serial (Tx và Rx) với baud rate là 38400 (khuyên dùng)

+ Cấp nguồn cho module bluetooth trước, sau đó cấp mức điện áp cao cho chânKEY của module bluetooth Lúc này bạn có thể giao tiếp với module bằng tập lệnh

AT với baud rate là 9600

Sau khi pair thành công với thiết bị bluetooth khác, đèn trên module bluetoothHC05 sẽ nhấp nháy chậm cho thấy kết nối Serial đã được thiết lập

Nguồn cung cấp cho module bluetooth là nguồn từ 3.6V đến 6V Quá áp sẽ gâycháy module Ngoài ra module tương thích với các vi điều khiển 5V mà không cầnchuyển đổi mức giao tiếp 5V về 3.3V như nhiều loại module bluetooth khác

-Chân 1 (VIN): là chân cấp nguồn ngõ vào

-Chân 2 (GND): là chân nối đất

-Chân 3 (VOUT): là chân cho ngõ đầu ra

2.6 Tụ điện

Tụ điện là loại linh kiện có khả năng tích điện năng khi cho điện đi qua nó

Tụ điện cách điện với dòng điện DC và cho dòng điện AC đi qua Tụ điện được chialàm 2 loại: có phân cực và không phân cực

2.7 Điện trở

Là linh kiện sử dụng rộng rãi để hạn chế cho dòng điện đi qua

R =ρℓ/S

ρ :điện trở suất của vật liệu

S :thiết diện của dây

ℓ :chiều dài của dây

Hình 2-8: điện trở

R=U/ITrong đó:

U : là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn (V)

I : là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ampe (A)

R : là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω)

2.8 DIODE

Có 2 lớp bán dẫn P-N Dòng diện chỉ qua từ Anot sang Katot khi áp trên haichân phân cực thuận VP>VN còn khi phân cực ngược VP<VN thì không dẫn điện

Hình 2-9: Diode

2.9 Các loại LED:

Khi sử dụng đèn LED có thể tiết kiệm điện năng khá nhiều nhưng vẫn đảm bảo khảnăng chiếu sáng cho người sử dụng…trong đề tài này nên sử dụng thêm relay để sử dụng

trực tiếp đèn 220V nhưng đây là đề tài mô phỏng nên chỉ làm đơn giản hoá lại

Bảng 2-3: Bảng so sánh sự tiêu thụ năng lượng giữa đèn LED và các loại đèn khác [7]

Type of lamp Luminus

Efficiency

in m/W

Color Rendering Properties

Lamp life in hrs

30-901 Good 5,000-10,000 Poor lamp life, medium

energyusage, only available in low wattage

Energy-efficient

Flourescent Tubular

Lamp

100-1201 Very Good 15,000-20,000 Energy-efficient, long lamp

life, only available in low wattage

Light Emitting Diode

(LED)

70-1601 Good 40,000-90,000 High energy saving, low

maintenance, long life, no mecury High investment cost, nascent technology

Led thường là loại diode phát quang phân cực thuận thì led phát sáng còn phân cựcnghịch thì led không sáng.

Hình 2-10: Led đơn

2.10 LM35:

Hinh 2-11: Cảm biến LM-35

- LM35 là một loại cảm biến nhiệt độ analog

- LM35 là cảm biến nhiệt độ được sử dụng rộng rãi do giá thành rẻ, độ chính xáccao, dễ dàng xây dựng các ứng dụng LM35 cho đầu ra là tín hiệu analog, tỷ lệtuyến tính với nhiệt độ cần đo

- Dải nhiệt độ đo được -55 đến 150oC

- Hệ số tỷ lệ giữa tín hiêu ra với nhiệt độ là 10mV/oC.

- Nguồn nuôi từ 4-30V, ăn dòng ít hơn 60 μA

- Trở kháng ra chân Vout 0.1 Ω cho tải 1 mA, dễ dàng phối ghép trong mạch

- Phép đo nhiệt độ cơ bản trong dải 2oC - 150oC

- Phép đô nhiệt độ full dải -55oC - 150oC

+Tốc độ hoạt động: 60 độ trong 0.1 giây

Hình 2-13: Cấu trúc chân và xung hoạt động LM35

CHƯƠNG 3 THỰC THI THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH

1 Lưu đồ giải thuật

2 Sơ đồ khối

Hình 3-1: Sơ đồ khối

inputoutputSource

Servo

LCD 16x2

Source

1 Khối nguồn

Hình 3-2: Khối mạch nguyên lý nguồn

Cung cấp mức điện áp luôn ổn định là: +5V và 0V Khối nguồn là một adapter haymột biến thế chuyển từ dòng một chiều sang dòng xoay chiều có điện áp +5V

2 Sơ đồ nguyên lý mạch

Hình 3-3: Sơ đồ nguyên lý của mạch

3 Mạch in sau khi thực hiện:

Hình 3-4: Sơ đồ layout của mạch

2 KẾT LUẬN

1 Ưu điểm, nhược điểm

Ưu điểm:

-Nhỏ gọn, chính xác về độ dài do co đo đạt trước

-Mạch nhỏ gọn tách rời thành mỗi khối, dễ sử dụng, không quá phức tạp, an toànbảo đảm khi sử dụng

-Dễ lắp đặt, giá thành rẻ, dễ dàng kết nối với thiết bị để điều khiển

- Điều khiển tốt trong phạm vi <30m

Nhược điểm:

-Chưa nhớ được địa chỉ Module Bluetooth vào điện thoại nên mỗi lần kết nốiphảiSearch Device, tốn nhiều thời gian

-Ứng dụng còn ít chức năng cũng như các tùy chọn còn ít

- Khoảng cách điều khiển còn tùy thuộc vào từng thiết bị

-Mạch điều khiển được thiết kế còn khá đơn giản, số cổng điều khiển chỉ mới có2cổng Còn nhiễu khi sử dụng các thiết bị từ trường cao

-Chưa có tính ứng dụng cao trong thực tế

-Tiếp tục nghiên cứu mạch điều khiển, cũng như lập trình mở rộng ứng dụng trênMobile Android để thêm nhiều tính năng mới, cũng như độ ổn định của hệ thốngtăng thêm.

TÀI LIỆU THAM KHẢO