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

Tp.Hồ Chí Minh

LỜI CẢM ƠN

- Đồ án là tiền đề nhằm trang bị cho sinh viên những kĩ năng nghiên cứu, những kiến thức quan trọng trước khi bắt tay vào thực tập và làm luận văn.

- Trước hết chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô khoa Điện –

Điện Tử, đặc biệt các thầy cô trong bộ môn Viễn Thông đã tận tình chỉ dạy và trang bị cho chúng em những kiến thức cần thiết trong suốt thời gian ngồi trên giảng đường làm nền tảng cho việc thực hiện

đồ án này.

- 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.

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)

II)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 trongthời đại 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 hỗ trợ cho con người rấtnhiều 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 Ngôn ngữ 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

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 trênboard 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 các dòng

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

Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

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

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

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 nhớFlash của vi điều khiển 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 cúp điện 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 đượcnối 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, 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 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 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

 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 20mA để điều khiển Relay được tác động ở mức thấp (LOW)

15 Khối Công suất gồm: Rơle 5V

- Relay là một công tắc điều khiển từ xa đơn giản, nó dùng một dòng nhỏ đểđiều khiển một dòng lớn vì vậy nó được dùng để bảo vệ công tắc nên cũngđược 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 mộttiếp điểm

E) Khối công tắc

Công tắc 3 cực làm nhiệm vụ kết hợp cới relay 3 chân, cho việc điều khiển cácthiết bị cơ động hơn.Tạo mối liên kết chặt chẽ giữa phần mềm điều khiển trênđiện 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 điện khác 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)

IV)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 báo bạn 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 lậptrình).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 bật bằng 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 Bluetoothcủa điện thoại đến Module Bluetooth HC-06 Lúc này Module Bluetooth HC-

06 sẽ nhận gói tin và truyền về module Arduino để đưa tín hiệu ra mở các Opto làm mất điện cho các Relay mở

2) Sơ đồ giải thuật

A) Giải thuật trên Androi

No

start

Hiển thị” Ứng dụng muốn bật Bluetoot”

Chọn yes/noĐóng ứng

dụng

Kết nối module

V) 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 khôngcần 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 vĩnhcửu 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 mỗimấu;

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