DÙNG SMARTPHONE điều KHIỂN THIẾT bị QUA BLUETOOTH DÙNG PIC (có code và layout)

DÙNG SMARTPHONE điều KHIỂN THIẾT bị QUA BLUETOOTH DÙNG PIC (có code và layout) DÙNG SMARTPHONE điều KHIỂN THIẾT bị QUA BLUETOOTH DÙNG PIC (có code và layout) DÙNG SMARTPHONE điều KHIỂN THIẾT bị QUA BLUETOOTH DÙNG PIC (có code và layout) DÙNG SMARTPHONE điều KHIỂN THIẾT bị QUA BLUETOOTH DÙNG PIC (có code và layout) DÙNG SMARTPHONE điều KHIỂN THIẾT bị QUA BLUETOOTH DÙNG PIC (có code và layout)

DÙNG SMARTPHONE ĐIỀU KHIỂN

THIẾT BỊ QUA BLUETOOTH

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT X

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUA BLUETOOTH 1

1.1 GIỚI THIỆU 1

1.2 TÓM TẮT NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: 1

1.3 HƯỚNG NGHIÊN CỨU 1

1.4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: 1

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU LINH KIỆN 3

2.1 PIC 16F877A 3

2.2 MODULE BLUETOOTH HC-05: 4

2.3 RƠ – LE 12V: 7

2.4 TRANSISTOR NPN C1815: 8

2.5 LED ĐƠN: 10

2.6 NGUỒN CẤP: 10

2.7 CHUẨN GIAO TIẾP UART: 11

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH 13

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI 13

3.2 SƠ ĐỒ MẠCH: 14

3.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: 14

CHƯƠNG 4 THỰC THI PHẦN CỨNG 16

4.1 LƯU ĐỒ MÔ TẢ THỰC THI: 16

16

4.2 PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN GIAO TIẾP: 17

4.2.1 Phần mềm pic c compiler: 17

4.2.2 Chương trình viết app cho smart phone ( chương trình app inventor) 17

4.3 MÔ PHỎNG MẠCH BẰNG PROTEUS: 21

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 25

5.1 KẾT LUẬN 25

5.2 ỨNG DỤNG: 25

5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN: 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

PHỤ LỤC 27

Hình 2.2 Các chức năng của pic 16f877a 4

Hình 2.3 Module bluetooth hc-05 ( mặt trước ) 4

Hình 2.4 Module bluetooth hc-05 ( mặt sau ) 4

Hình 2.5 Kết nối module bluetooth với pic 16f877a 6

Hình 2.6 Rơ le 12v và cấu tạo bên trong 7

Hình 2.7 Sơ đồ thiết kế module rơ le 7

Hình 2.8 Transistor npn c1815 và sơ đồ chân 8

Hình 2.9 Cấu tạo của transistor 8

Hình 2.10 Cấu tạo của transistor 8

Hình 2.11 Kí hiệu trong mạch điện của transistor 8

Hình 2.12 LED đơn và sơ đồ chân 10

Hình 2.13 Adapter 12v 11

Hình 3.1 Sơ đồ khối mạch 13

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý của mạch 14

Hình 4.1 Lưu đồ mô tả thực thi 16

Hình 4.2 Giao diện thiết kế của app inventor 21

Hình 4.3 Giao diện viết code cho app android 21

Hình 4.4 Code thông báo bật bluetooth 22

Hình 4.5 Code điều khiển thiết bị 1 22

Hình 4.6 Code điều khiển thiết bị 2 23

Hình 4.7 Code điều khiển thiết bị 3 23

Hình 4.8 Code ngắt kết nối bluetooth 24

Hình 4.9 Mô phỏng mạch bằng proteus 24

Hình 4.10 Mô phỏng mạch bằng proteus 25

Hình 4.11 Thiết kế layout bằng proteus 26

Hình 4.12 Mạch layout 26

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

USART Universal Synchronous/Asynchronous receiver/ transmitter

VCC voltage common collector

GND ground

Tx transmit

Rx receive

TTL transistor- transistor logic

I2C inter intergrated circuit

SPI serial peripheral bus

USB universal serial bus

ADC analog to digital converter

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUA

BLUETOOTH

1.1 Giới thiệu

Bluetooth là chuẩn kết nối không dây tầm ngắn sử dụng băng tần 2.4GHz để kết nốicác thiết bị cá nhân ( điện thoại, laptop,…) với nhau tạo thành mạng cục bộ nhỏ.Khi 2 thiết bị được kết nối với nhau bằng bluetooth, ta có thể chia sẽ thông tin giữa

2 thiết bị

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các loại thiết bị di động hay các loạiđiện thoại thông minh thì việc điều khiển mọi thiết bị điện tử trong gia đình là mộtviệc đơn giản, chỉ cần kết nối các thiết bị với nhau thông qua bluetooth

1.3 Hướng nghiên cứu

Mạch điều khiển thiết bị thông qua bluetooth gồm các linh kiện:

Hệ thống điều khiển và nhận tín hiệu: điện thoại smartphone, pic 16f877a, modulebluetooth hc-05

Hệ thống hiển thị: LED đơn

1.4 Mục đích nghiên cứu:

Mục đích nghiên cứu là để sinh viên có thể tổng hợp các kiến thức đã học về pic16f877a và các linh kiện điện tử, đồng thời tìm hiểu thêm những kiến thức mới vàứng dụng nó vào nhu cầu cuộc sống con người, xã hội ngày càng phát triển về tựđộng hóa

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU LINH KIỆN

1.5 Pic 16f877a

- Sơ đồ chân:

Hình 2.1 Sơ đồ chân của pic 16f877a [1]

- Đặc điểm:

Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 13 lệnh có độ dài 14 bit.Mỗi điều lệnh được thực thi trong một chu kỳ xung clock Tốc độ hoạt động tối đacho phép là 20MHz với một chu kì lệnh là 200ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14bit,

bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256 x

8 byte Số port I/O là 5 với 33 pin I/O

Các đặt tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:

- 8/16 bit timer

- Các chuẩn giao tiếp ngoại vi nối tiếp đồng bộ/ không đồng bộ USART

- Bộ chuyển đổi ADC (Analog to digital converters) 10/16 bit

- Bộ so sánh điện áp

- LCD

- Các chuẩn giao tiếp I2C, SPI

- Hỗ trợ giao tiếp USB

- Hỗ trợ điều khiển Ethernet

Bluetooth cung cấp băng thông lên đến 720Kbps dữ liệu trong phạm vi từ 10m đến100m Không giống hồng ngoại, khi giap tiếp cần để bề mặt thiết bị sát với nhau,bluetooth sử dụng sóng vô tuyến đa hướng cho phép truyền qua vật cản không làmbằng kim loại Bluetooth truyền với tần số 2.4 GHz và sử dụng kĩ thuật phát sóng

vô hướng liên tục

Module này được thiết kế dựa trên chip BC 417 Con chip này khá phức tạp và sửdụng bộ nhớ flash ngoài 8Mbit Nhưng việc sử dụng module hoàn toàn đơn giản bởinhà sản xuất đã tích hợp mọi thứ trên module HC 05

Sơ đồ chân HC 05 gồm có:

- KEY: chân này đẻ chọn chế độ hoạt động AT mode hoặc Data mode

- VCC: chân này dùng để cấp nguồn 3.6 – 6 V cho module Bên trong module

đã có một ic chuyển điện áp về 3.3V cấp cho chip BC417

- GND: nối với đất

- TXD, RXD đây là 2 chân UART để giao tiếp module Hoạt động ở mức điện

áp 3.3 V

 Nguyên lý điều khiển:

HC 05 có 2 chế độ hoạt động là Command mode và Data mode Ở chế độ commandmode ta có thể giao tiếp với module thông qua cổng serial trên module bằng tậplệnh AT Ở chế độ data mode, module có thể truyền nhận dũ liệu tới module khác.Chân key dùng để chuyển đổi qua lại giữa 2 chế độ

Ngoài ra, để tiện lợi, nhà sản xuất cho phép chúng ta thả nổi chân KEY Như thế,module sẽ chỉ hoạt động ở chế độ SLAVE

- Chế độ SLAVE: cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb bluetooth để

dò tìm module, sau đó ghép đôi với mã PIN là 1234 Sau khi ghép đôi thànhcông, sẽ có một cổng serial hoạt động ở baud rate 9600

- Chế độ MASTER: module sẽ tự dò tìm thiết bị bluetooth khác ( 1 module

HC 05, usb bluetooth, bluetooth của laptop…) và tiến hành ghép đôi chủđộng mà không cần thiết lập gì từ máy tính hay smartphone

 Thông số kỹ thuật:

- Điện thế hoạt động: 3.3 – 5 V

- Dòng điện hoạt động khi ghép đôi là 30mA, sau khi ghép đôi hoạt độngtruyền nhận bình thường là 8mA

- Dải tần số hoạt động: 2.4 GHz

- Mặc định: Baud rate 9600, None parity, 8 bits

- Mã ghép đôi: 1234

 Kết nối với PIC 16f877a:

Hình 2.5 Kết nối module bluetooth với pic 16f877a [3]

1.7 Rơ – le 12V:

Hình 2.6 Rơ le 12v và cấu tạo bên trong [3]

 Đặc điểm:

Rơ le (relay) là một công tắc chuyển đổi hoạt động bằng điện Nói là một công tắc

vì rơ le có 2 trạng thái ON và OFF Rơ le ở trạng thái ON hay OFF tùy thuộc và códòng chạy qua rơ le hay không

 Nguyên lý hoạt động:

Khi có dòng qua rơ le, dòng diện này sẽ chạy qua cuộn dây bên trong và tạo ra một

từ trường hút Từ trường hút này tác động lên một đòn bẩy bên trong làm đóng hoạt

mở tiếp điểm điện, như thế sẽ làm thay đổi trạng thái của rơ le Số tiếp điểm điện bịthay đổi có thể là 1 hoặc nhiều tùy vào thiết kế

Dòng chạy qua cuộn dây để điều khiển rơ le ON / OFF vào khoảng 30mA với điện

áp 12V hoặc có thể lên tới 100mA

Hầu hết các con chip đều không thể cung cấp dòng này, lúc này ta cần một con BJT

để khuếch đại dòng nhỏ ở ngõ ra IC thành dòng lớn để phục vụ cho rơ le

Hình 2.9 Cấu tạo của transistor [5]

Trên phương diện cấu tạo, transistor tương đương 2 con diode ghép với nhau

Hình 2.10 Cấu tạo của transistor [5]

 Kí hiệu trong mạch điện:

Hình 2.11 Kí hiệu trong mạch điện của transistor [5]

IB: cường độ dòng qua cực Base của transistor

IC: cường độ dòng qua cực collector của transistor

IE: cường độ dòng qua cực emitter của transistor

VBE: hiệu điện thế giữa 2 cực base và emitter của transistor

UB: điệp áp cực base

thế 2 cực C và E sẽ gần bằng 0 Khi áp trên cực B là 0V, thì sẽ không xuất hiệndòng qua cực E Lúc này điện áp VCE bằng điện áp đặt vào cực C của transistor

 Các thông số cần biết:

- Dòng cực đại qua cực base IB: mỗi loại transistor có các mức dòng IB cựcđại khác nhau, nếu dòng qua cực base vượt quá mức cực đại, nó có thể làmhỏng transistor Do vậy người ta luôn mắc nối tiếp cực B với một điện trởhạn dòng

- Hệ số khuếch đại hfe: là tỉ số Ic/Ib đặc trưng cho khả năng khuếch đại dòngđiện của transistor Mỗi loại transistor có một hệ số khuếch đại khác nhau.Với các transistor có hfe lớn, chỉ cần dòng Ib nhỏ là đã có thể kích cho nó

mở hoàn toàn hfe thường có trị số từ vài chục đến vài ngàn

- Cường độ dòng cực đại IC: là dòng điện tối đa mà transistor có thể cho đivào cực C Các loại transistor lớn nhất thường chỉ có IC tối đa khoảng 5A

1.9 LED đơn:

Hình 2.12 LED đơn và sơ đồ chân [3]

 LED, viết tắt của Light-Emitting-Diode có nghĩa là “đi-ốt phát quang”, làmột nguồn sáng phát sáng khi có dòng điện tác động lên nó.

 Các thông số kỹ thuật:

 Điện áp tối đa: 3 – 5 V

 Dòng điện tối đa: 10 – 15 mA

1.11 Chuẩn giao tiếp UART:

- UART: Universal Asynchronous Receiver/ Transmitter

- Là kiểu truyền thông nối tiếp không đồng bộ

- UART thường được dùng trong truyền thông, vi điều khiển, hay một số thiết

bị truyền tin khác

- Mục đích của UART là truyền tín hiệu qua lại lẫn nhau ( ví dụ truyền tín hiệu

từ laptop vào modem hay ngược lại) hay truyền từ vi điều khiển tới vi điềukhiển, từ laptop với vi điều khiển…

- Tóm lại là chung một chuẩn giống nhau thì trên lý thuyết có thể giao tiếpđược với nhau

- UART có trong các bộ điều khiển, các chip điều khiển, hay trong laptop Tínhiệu từ chip UART thường theo mức TTL, mức cao là 5 V, mức thấp là 0V

- Các thông số cài đặt cho UART để 2 thiết bị giao tiếp với nhau:

 Baud rate: là số đơn vị tín hiệu được truyền trong một giây Phải được càiđặt giống nhau ở gửi và nhận

 Frame ( khung truyền): quy định số bit trong mỗi lần truyền Thường là 8bit

 Data: dữ liệu cần truyền

 Parity bit: là bit kiểm tra dữ liệu truyền có đúng hay không

 Stop bit: là một hoặc các bit thông báo cho thiết bị biết rằng các bit đãđược gởi xong Thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm tra khung truyền nhằmđảm bảo tính đúng đắn của dữ liệu Stop bit là bit bắt buộc xuất hiệntrong khung truyền

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH

1.12 Sơ đồ khối

Hình 3.14 Sơ đồ khối mạch

1.13 Sơ đồ mạch:

Vcc GND Tx Rx

RA4/T0CKI/C1OUT 6

RA5/AN4/SS/C2OUT 7

RE0/AN5/RD 8

RE1/AN6/WR 9

RE2/AN7/CS 10

OSC1/CLKIN 13

OSC2/CLKOUT 14

RC1/T1OSI/CCP2 16RC2/CCP1 17RC3/SCK/SCL 18

RD0/PSP0 19RD1/PSP1 20

RB7/PGD 40RB6/PGCRB5 39

38 RB4 37RB3/PGM 36RB2 35RB1 34RB0/INT 33

RD7/PSP7 30RD6/PSP6 29RD5/PSP5 28RD4/PSP4 27RD3/PSP3 22RD2/PSP2 21

RC7/RX/DT 26RC6/TX/CK 25RC5/SDO 24RC4/SDI/SDA 23

RA3/AN3/VREF+

5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV 1

 Ta mở ứng dụng điều khiển trên điện thoại và thực hiện điều khiển thiết bịthông qua các nút nhấn

 Mỗi nút nhấn được lập trình để điều khiển cho một thiết bị.

 Ví dụ:

Khi nhấn nút nhấn 1, điện thoại sẽ gởi về vi điều khiển kí tự “1”, trong vi điều khiển

ta sẽ lập trình sao cho khi nhận được kí tự “1” thì bật sẽ bật thiết bị 1 Tiếp tục nhấnnút nhấn 1 lần nữa, điện thoại sẽ gởi về vi điều khiển kí tự “2” và ta sẽ lập trình cho

vi điều khiển khi nhận được kí tự “2” thì sẽ tăt thiết bị 1

Tương tự đối với thiết bị 2 và 3

- Khi nhận kí tự “3”, thiết bị 2 bật Khi nhận kí tự “4”, thiết bị 2 tắt

- Khi nhận kí tự “5”, thiết bị 1 bật Khi nhận kí tự “6”, thiết bị 3 tắt

CHƯƠNG 4 THỰC THI PHẦN CỨNG

1.15 Lưu đồ mô tả thực thi:

1.16 Phần mềm điều khiển giao tiếp:

Bluetooth ON

Tìm kết nối

Đợi tín hiệu từ người dùng

Thông báo và yêu cầu

Y

Hình 4.16 Lưu đồ mô tả thực thi

Chương trình là sự tích hợp của 3 trình biên dich riêng biết cho 3 dòng PIC khácnhau đó là:

‐ PCB cho dòng PIC 12‐bit opcodes

‐ PCM cho dòng PIC 14‐bit opcodes

‐ PCH cho dòng PIC 16 và 18‐bit

1.1.2 Chương trình viết app cho smart phone ( chương trình app inventor)

Để sử dụng được App Inventor, ta truy cập vào địa chỉ ai2.appinventor.mit.edu Sau

đó tiến hành đăng nhập bằng tài khoản Google để mở trang quản lí các project

- Giao diện làm việc của chương trình

Hình 4.17 Giao diện thiết kế của app inventor

- Vùng viết code cho app:

Hình 4.18 Giao diện viết code cho app android

- Code cho app bluetooth:

• Code để thông báo bật bluetooth điện thoại:

Hình 4.19 Code thông báo bật bluetooth

• Code cho nút nhấn điều khiển thiết bị 1

Hình 4.20 Code điều khiển thiết bị 1

• Code nút nhấn điều khiển thiết bị 2:

Hình 4.21 Code điều khiển thiết bị 2

• Code nút nhấn điều khiển thiết bị 3:

Hình 4.22 Code điều khiển thiết bị 3

• Code cho nút ngắt kết nối bluetooth:

Hình 4.23 Code ngắt kết nối bluetooth

1.17 Mô phỏng mạch bằng proteus:

Hình 4.24 Mô phỏng mạch bằng proteus

- Thiết bị Virtual Terminal dùng để mô phỏng cho truyền dữ liệu nối tiếp từ thiết

bị ngoại vi vào pic để điều khiển cho các khối thiết bị

- Khi nhấn phím 1 từ bàn phím máy tính, pic sẽ nhận kí tự ‘1’ và điều khiển choled ở thiết bị 1 bật Nếu nhấn phím 2, led thiết bị 1 sẽ tắt

- Tương tự đối với thiết bị 2 và 3, khi nhấn phím 3/4 led thiết bị 2 sẽ bật/tắt Khinhấn phím 5/6 led thiết bị 3 sẽ bật/tắt.

Hình 4.25 Mô phỏng mạch bằng proteus

1.18 Thực thi phần cứng:

1.1.3 Thiết kết layout cho mạch:

Hình 4.26 Thiết kế layout bằng proteus

Hình 4.27 Mạch layout

1.1.4 Thi công phần cứng:

Hình 4.28 Mạch sau khi lắp ráp hoàn chỉnh

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN

- Dựa vào nguyên lý hoạt động và chức năng của các linh kiện trong mạch, ta

có thể phát triển mạch để khiển một động cơ, hay làm xe điều khiển từ xahoặc có thể tăng số thiết bị điều khiển

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

#include <16F877A.h>

#device ADC=16

#FUSES NOWDT //No Watch Dog Timer

#FUSES NOBROWNOUT //No brownout reset

#FUSES NOLVP //No low voltage prgming, B3(PIC16) or B5(PIC18)used for I/O

rdata=getc();// nhan du lieu tu bluetooth

switch(rdata)//lenh re nhanh cac ki tu nhan dc

{

case '1': // khi nhan ki tu 1 tu dien thoai output_HIGH(PIN_D2); //tao muc cao cho chan D2 break;