ĐỒ ÁN: Điều khiển thiết bị điện tử bằng androi thông qua Bluetooth

Vì vậy với nhu cầu thông minh hóa các thiết bị điện tử trong đời sống hằng ngày bài viết này chúng em sẽ trình bày một cách ngắn gọn một ứng dụng trong thực tế điều khiển thiết bị bằng đ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Bộ Môn Viễn Thông

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2

Điều khiển thiết bị điện tử bằng androi thông qua Bluetooth Giáo Viên Hướng Dẫn: TS.Huỳnh Phú Minh Cường

Sinh Viên Thực Hiện: Nguyễn Thanh Phúc 41204765

Nguyễn Hoàng Ni 41004193

Tp.Hồ Chí Minh,Ngày 20 Tháng 6 năm 2017

Trường Đại Học Bách Khoa Hồ Chí Minh

Khoa Điện Điện - Tử

Điều khiển thiết bị điện tử bằng androi thông qua

Bluetooth

Giáo Viên Hướng Dẫn: TS Huỳnh Phú Minh Cường

Sinh Viên Thực Hiện: Nguyễn Thanh Phúc 41204765

Nguyễn Hoàng Ni 41004193

- Xin trân trọng cảm ơn thầy Huỳnh Phú Minh Cường đã tận tình giúp đỡ giúp em giải quyết được những khúc mắc để có thể hoàn thành đồ án này.

NHẬN XÉT

Của giảng viên

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Ngày 20 tháng 6 năm 2017

Mục Lục

I) Giới thiệu……….1

1) Tóm tắt nội dung 2) Mở đầu 3) Tìm hiểu công Nghệ không dây Bluetoot 4) Phương phá và đối tượng nghiêm cứu II)Thiết kế hệ thống……….2

1) Sơ đồ khối……….2

2) Mô hình thực tế………2

A) Khối Nguồn……….2

B) Khối module bluetoot………3

C) Khối vi điều khiển Arduino……… 4

1) Thông số kỹ thuật Arduino……….4

2) Chức năng các bộ phận Arduino……… 5

D) Khối Replay……….7

E) Khối công tắc……… 8

F) Khối Androi……… 8

III) Hoạt động của hệ thống……….9

1) Nguyên lý hoạt động của hệ thống……… 9

2) Sơ đồ giải thuật………10

A) Sơ đồ giải thuật hệ thống……….10

B) Sơ đồ giải thuật android………11

IV) Điều khiển động cơ………12

1) Giới thiệu……… 12

A) Động cơ bước……… 12

B) Mạch cầu H………13

2) Nguyên lý hoạt động……… 14

3) Mạch cầu HL298……….15

4) Sơ đồ giải thuật điều khiển động cơ………16

5) Giải thuật đóng cửa………17

6) Giải thuật mở cửa……… 18

V) Kết quả và kết luận……… 19

Tài liệu tham khảo……… 20

I) Giới thiệu

1) Tóm tắt nội dung

Ngày nay trên thế giới với sự bùng nổ của các ngành công nghệ thông tin, điện tử đã làm cho đời sống của con người ngày càng hoàn thiện Các thiết bị thông minh đã ngày càng được ứng dụng vào cuộc sống sinh hoạt hằng ngày của mỗi con người Đặc biệt, smartphone đã trở thành một phần quen thuộc trong cuộc sống thường nhật của mỗi cá nhân và nhu cầu ứng dụng các ứng dụng của smartphone vào đời sống ngày càng thiết thực Vì vậy với nhu cầu thông minh hóa các thiết bị điện tử trong đời sống hằng ngày bài viết này chúng em sẽ trình bày một cách ngắn gọn một ứng dụng trong thực tế điều khiển thiết bị bằng điện thoại Android qua sóng Bluetooth để nâng cao chất lượng cuộc sống con người và đáp ứng các nhu cầu ngày càng mạnh mẽ trong thờiđại công nghệ số

2) Mở đầu

Với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của khoa học công nghệ, vi điều khiển AVR và vi điều khiển PIC ngày càng thông dụng và hoàn thiện hơn, nhưng có thể nói sự xuất hiện của Arduino vào năm 2005 tại Italia đã mở ra một hướng đi mới cho vi điều khiển Sự xuất hiện của Arduino đã hỗtrợ cho con người rất nhiều trong lập trình và thiết kế, mà không cần quá nhiều kiến thức về vi

xử lý, Phần cứng của thiết bị đã được tích hợp nhiều chức năng cơ bản và là mã nguồn mở Ngônngữ lập trình trên nền Java lại vô cùng dễ sử dụng tương thích với ngôn ngữ C và hệ thư viện rất phong phú và được chia sẻ miễn phí Chính vì những lý do như vậy nên Arduino hiện đang dần phổ biến và được phát triển ngày càng mạnh mẽ trên toàn thế giới Trong đề tài mô hình được

đề cập là Master/Slaver, trong đó điện thoại đóng vai trò là Master, Kit Arduino đóng vai trò Slaver Khoảng cách truyền trong mạng này là khỏang 20m, đó cũng là mặt hạng chế của sóng Bluetooth Tuy nhiên với khoảng cách này là đủ để Bluetoot được ứng dụng trong điều khiển các thiết bị gia dụng trong gia đình

3) Tìm hiểu công nghệ không dây Bluetoot

Bluetooth là một công nghệ không dây cho phép truyền thông giữa các thiết bị với nhau Công nghệ Bluetooth là một công nghệ dựa trên tần số vô tuyến và bất cứ một thiết bị nào có tích hợp bên trong công nghệ này đều có thể truyền thông với các thiết bị khác với một khoảng cách nhất định về cự ly để đảm bảo công suất cho việc phát và nhận sóng

4) Phương pháp và đối tượng nghiêm cứu của đề tài

Phương Pháp nghiêm cứu:

- Tham khảo tài liệu : các tài liệu liên quan, tìm kiếm tài liệu trên internet

- Tự tiến hành thiết kế ,thi hành mô phỏng trên máy tính Xác định lỗi và thi hành làm phần cứng

- Viết code theo hướng dẫn của tài liệu tham khảo và thực hiện nạp thực nghiệm trên phần cứng

Đối tượng nghiêm cứu:

Trong đề tài này chúng ta nghiêm cứu về Modul Bluetoot HC06, kết nối với vi điều khiển là Arduino và được điều khiển qua Androi để điều khiển các thiết bị điện dân dụng hằng ngày

B) Khối Module Bluetoot HC-06

- Module Bluetooth SLAVE cho phép vi điều khiển kết nối với các thiết bị ngoại vi:

smartphone, laptop, usb bluetooth thông qua giao tiếp Serial gửi và nhận tín hiệu 2 chiều Module bluetooth được tích hợp trên board cho phép bạn sử dụng nguồn từ DC 3.5 - 5V

- Module Bluetooth SLAVE cho phép vi điều khiển kết nối với các thiết bị ngoại vi:

smartphone, laptop, usb bluetooth thông qua giao tiếp Serial gửi và nhận tín hiệu 2 chiều

- Module bluetooth được tích hợp trên board cho phép bạn sử dụng nguồn từ 3.5V đến 6V cung cấp cho board mà không cần lo lắng về chênh lệch điện áp 3V - 5V gây hỏng board

- Module Bluetooth gồm 6 chân theo thứ tự: KEY, VCC, GND, TX, RX, STATE.Đây là module bluetooth SLAVE nghĩa là bạn không thể chủ động kết nối bằng vi điều khiển, mà cần sử dụng smartphone, laptop, bluetooth usb để dò tín hiệu và kết nối (pair) từ

smartphone, laptop, bluetooth usb Sau khi pair thành công, bạn có thể gửi và nhận tín hiệu từ vi điều khiển đến các thiết bị này

- Không được gắn lộn dây Vcc và Gnd vì sẽ gây hỏng module bluetooth ngay lập tức.Mặc định, module bluetooth SLAVE sử dụng baud rate là 9600, PIN là 1234 Bạn có thể tùy chỉnh baud rate bằng tập lệnh AT Bluetooth module SLAVE có thể dễ dàng kết nối với cácdòng smartphone Android thông qua thư viện AMARINO

- Modul Bluetooth HC06: được thiết kế để chuyển đổi giao tiếp nối tiếp không đồng bộ và thành giao tiếp không dây Bluetooth và ngược lại

• Cấu hình Slave là cấu hình ban đầu, không thay đổi được

• Sử dụng chip CSR Bluetooth V2.0

• Điện áp sử cho 3.3V ( Hỗ trợ IC ổn áp đầu vào 5V)

• Thứ tự chân: STATE RXD TXD GND VCC WAKEUP

• Bảo mật: Authentication and encryption

• Giao tiếp: Bluetooth serial port

• Nhiệt độ làm việc: -20 ~ 75 độ C

• Độ nhạy: -80dBm 2.1.

• Module có 2 chế độ làm việc:

+ Kết nối truyền thông

+ Đáp ứng theo lệnh: khi làm việc ở chế độ này, chúng ta có thể gửi các lệnh AT để giao tiếp và cài đặt module

- Chức năng từng chân của modul hc -06:

• Chân UART_TXD có chức năng truyền dữ liệu tới chân RXD, nối với chân RXD của vi điều khiển

• Chân UART_R XD chức năng nhận dữ liệu từ chân TXD truyền tới, nối với chân TXD của

vi điều khiển

• Chân VCC sử dụng nguồn áp 3.3 V,dải áp hoạt động từ 3.0V -> 4.2V

• Chân GN

C) Khối Vi Điều Khiển Arduino

1 thông số kỹ thuật của arduino

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

- Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168,

ATmega328 Vi điều khiển này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD

- Thiết kế tiêu chuẩn của Arduino UNO sử dụng vi điều khiển cung cấp cho người dùng:

• 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ Flash của vi điềukhiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được dùng cho bootloader

• 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến khai báo khi lập trình sẽ lưu

ở đây Khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM

• EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): đây giống như một chiếc

ổ cứng mini – nơi có thể đọc và ghi dữ liệu của mình vào đây mà không phải lo bị mất khi cúpđiện giống như dữ liệu trên SRAM

- Các chân năng lượng

• GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi dùng các thiết bị sử dụng

những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải 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, khi 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 không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

• RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

- Các cổng vào/ ra

• 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 Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối).Có các chức năng đặc, một số chân digital 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 bị khác 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, bạnkhông 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 độ phân giải 8bit

(giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm 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 như những 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 bằng giao 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

• Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 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

• Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết

bị khác

- Jack nguồn: để chạy Arduino thì có thể lấy nguồn từ cổng USB ở trên máy tính nhưng nếu

không có thì ta có thể dùng nguồn này khoảng 9v đến 12v

- Cổng USB : đây là cổng giao tiếp để ta upload code từ PC lên vi điểu khiển Đồng thời nó

cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa vi điểu khiển với máy tính Đây cũng là nguồn cấp cho Arduino

D) Khối Relay

- Thiết kế bảo vệ sử dụng opto cách ly với mạch điều khiển Dễ dàng điều khiển bởi hầu hết các dòng vi điều khiển Arduino, 8051, AVR, PIC, DSP, ARM, PLC, MSP430, TTL, logic

- Relay hiệu suất cao: 250VAC/10A; 30VDC/10A Mỗi kênh chỉ cần dòng 15-20mA để điều khiển Relay được tác động ở mức thấp (LOW)

- Khối Công suất gồm: Rơle 5V

- Relay là một công tắc điều khiển từ xa đơn giản, nó dùng một dòng nhỏ để điều khiển một dòng lớn vì vậy nó được dùng để bảo vệ công tắc nên cũng được xem là một thiết bị bảo vệ Một Relay điển hình điều khiển mạch và cả điều khiển nguồn Kết cấu relay gồm có một lõi sắt, một cuộn từ và một tiếp điểm

E) Khối công tắc

Công tắc 3 cực làm nhiệm vụ kết hợp cới relay 3 chân, cho việc điều khiển các thiết bị cơ động hơn.Tạo mối liên kết chặt chẽ giữa phần mềm điều khiển trên điện thoại và thao tác phần cứng Điều khiển bằng tay và điều khiển bằng phần mềm

F) Khối Androi

Ở đây chúng em sử dụng phần mềm Arduino Bluetoot có sẵn trên CHplay

- Arduino Bluetooth là ứng dụng điều khiển thiết bị cho phép bạn điều khiển các thiết bị điệnkhác nhau lên đến tám thiết bị và kiểm soát độc lập

- Sử dụng thiết bị di động Android Bluetooth để điều khiển từ xa thiết bị của bạn với Serial Module Bluetooth và Arduino

- Có thể thiết lập Timer để ON / OFF thiết bị và hiển thị đồng hồ đếm ngược ( Timer có thể được thiết lập để 1 phút , 15 phút , 30 phút, 1 giờ, 2 giờ , 4 giờ)

III) Hoạt động của hệ thống

1) Nguyên lý hoạt động của hệ thống

- Đầu tiên, khởi động phần mềm Android "Điều khiển thiết bị" Phần mềm xuất hiện thông báobạn có muốn bật bluetooth không (yes or no) Click yes để bật bluetooth và thực hiện tự động kết nối đến module bluetooth

- Phần mềm tự động lấy địa chỉ Mac của Module Bluetooth (nhập vào khi lập trình).Khi kết nối thành công phần mềm hiện thị Toast thông báo là đã kết nối

- Phần mềm gồm 8 Button dùng để điều khiển bật tắt 8 thiết bị trong nhà và 1 seekbar dùng

để điều động cơ cửa hoặc độ rông mở cửa Phần cứng còn kết nối với các công tắc 3 cực để bật hoặc tắt thiết bị( bật bằng công tắc và tắt bằng điện thoại hoặc tắt bằng điện thoại và bậtbằng công tắc), phòng trường hợp điện thoại hết pin hay bị trục trặc

- Khi bật thiết bị: Khi click vào một button thì phần mềm android sẻ gởi gói tin (chứa lệnh mở

thiết bị) thông qua thiết bị Bluetooth của điện thoại đến Module Bluetooth HC-06 Lúc này Module Bluetooth HC-05 sẽ nhận gói tin và truyền về module Arduino để đưa tín hiệu ra đóng các Opto làm cấp điện cho các Relay đóng

- Khi tắt thiết bị: Khi click một lần nữa vào một button thì phần mềm android sẻ gởi gói tin (chứa lệnh đóng thiết bị) thông qua thiết bị Bluetooth của điện thoại đến Module Bluetooth HC-06 Lúc này Module Bluetooth HC-06 sẽ nhận gói tin và truyền về module Arduino để đưatín hiệu ra mở các Opto làm mất điện cho các Relay mở

2) Sơ đồ giải thuật

Chọn yes/noĐóng ứng dụng

B) Giải thuật trên Arduino

stop

Lệnh điều khiển thiết lập tại các cổngout tương ứng nói với các thiết bịThực hiện lệnh?

Tiến hành so sánh và tiến nhanh đưa ra lệnh thựchiện chứ năng tương ứng với ký tự nhận được đã

định danh ở khai báo

IV) Điều khiển động cơ

1) Giới thiệu

A) Động cơ bướcĐộng cơ bước được chia làm hai loại, nam châm vĩnh cửu và biến từ trở (cũng có

loại động cơ hỗn hợp nữa, nhưng nó không khác biệt gì với động cơ nam châm vĩnh cửu) Nếu mất đi nhãn trên động cơ, các bạn vẫn có thể phân biệt hai loại động cơ này bằng cảm giác mà không cần cấp điện cho chúng Động cơ nam châm vĩnh cửu dường như có các nấc khi bạn dùng tay xoay nhẹ rotor của chúng, trong khi động cơ biến

từ trở thì dường như xoay tự do (mặc dù cảm thấy chúng cũng có những nấc nhẹ bởi

sự giảm từ tính trong rotor) Bạn cũng có thể phân biệt hai loại động cơ này bằng ohm

kế Động cơ biến từ trở thường có 3 mấu, với một dây về chung, trong khi đó, động

cơ nam châm vĩnh cửu thường có hai mấu phân biệt, có hoặc không có nút trung tâm Nút trung tâm được dùng trong động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực Động cơ bước phong phú về góc quay Các động cơ kém nhất quay 90 độ mỗi bước, trong khi đó các động cơ nam châm vĩnh cửu xử lý cao thường quay 1.8 độ đến 0.72 độ mỗi bước Với một bộ điều khiển, hầu hết các loại động cơ nam châm vĩnh cửu và hỗn hợp đều có thể chạy ở chế độ nửa bước, và một vài bộ điều khiển có thể điều khiển các phân bước nhỏ hơn hay còn gọi là vi bước Đối với cả động cơ nam châm vĩnh cửu hoặc động

cơ biến từ trở, nếu chỉ một mấu của động cơ được kích, rotor (ở không tải) sẽ nhảy đến một góc cố định và sau đó giữ nguyên ở góc đó cho đến khi moment xoắn vượt qua giá trị moment xoắn giữ (hold torque) của động cơ

Loại động cơ sử dụng trong đề tài là loại nam châm vĩnh cửu 4 đầu dây 2 pha

Mạch điều khiển cho động cơ đòi hỏi một mạch điều khiển cầu H cho mỗi mấu;

Tóm lại, một cầu H cho phép cực của nguồn áp đến mỗi đầu của mấu được điều khiển một cách độc lập Các dãy điều khiển cho mỗi bước đơn của loại động cơ này được nêu bên dưới, dùng + và ‐ để đại diện cho các cực của nguồn áp được áp vào mỗi đầu của động cơ