(Đồ án tốt nghiệp) hệ thống quản lí quán cà phê

Với hệ thống quản lý món ăn, thực khách chỉ việcgọi món thông qua thiết bị điện tử, bếp sẽ nhận thông tin một cách nhanh chóng vànhân viên phục vụ sẽ bưng món ăn đến ngay sau khi bếp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC

SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH

HỆ THỐNG QUẢN LÝ QUÁN CÀ PHÊ

GVHD: TS PHAN VĂN CA SVTH : NGUYỄN ĐỨC PHÚ AN MSSV: 11119048

SKC004642

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUÂT THANH PHỐ HỒ CHI MINH

KHOA ĐAO TẠO CHẤT LƯƠNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG QUẢN LÝ QUÁN CÀ PHÊ

SVTH : Nguyễn Đức Phú An MSSV: 11119048

Khóa: 2011 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính GVHD: TS Phan Văn Ca

Tp Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUÂT THANH PHỐ HỒ CHI MINH

KHOA ĐAO TẠO CHẤT LƯƠNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

HỆ THỐNG QUẢN LÝ QUÁN CÀ PHÊ

SVTH : Nguyễn Đức Phú An MSSV: 11119048

Khóa: 2011 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính GVHD: TS Phan Văn Ca

Tp Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2016

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAMĐộc lập – Tự do – Hạnh phúc

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 12 năm 2016

-*** -NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Đức Phú An MSSV: 11119048

Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Lớp: 11119CL1

Giảng viên hướng dẫn: TS Phan Văn Ca ĐT:

Ngày nhận đề tài: 21/09/2016 Ngày nộp đề tài: 13/2/2017

1. Tên đề tài: Hệ thống quản lý quán cà phê

2. Các số liệu, tài liệu ban đầu

3. Nội dung thực hiện đề tài: Nghiên cứu hệ thống quản lý quán cà phê ứngdụng vào đời sống hằng ngày

4. Sản phẩm: Hệ thống quản lý quán cà phê

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự

do – Hạnh phúc

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Đức Phú An MSSV: 11119048

Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính

Tên đề tài: Hệ thống quản lý quán cà phê

Họ và tên giảng viên hướng dẫn: Phan Văn Ca

4. Đề nghi chọ bảo vệ hay không?

Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 02 năm 2017

Giáo viên hướng dẫn(Ký & ghi rõ họ tên)

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự

do – Hạnh phúc

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ vàtên Sinh viên: Nguyễn Đức Phú An

MSSV: 11119048

Ngành: Công nghệ kỹ thuật máy tính

Tên đề tài: Hệ thống quản lý quán cà phê

Họ vàtên Giáo viên phản biện:

NHÂṆ XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thưcc̣ hiện:

2. Ưu điểm:

3. Khuyết điểm:

4. Đề nghi chọ bảo vệ hay không?

5. Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20…

Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài “Hệ thống quản lý quán cà phê”, em đã nhận được

sự giúp đỡ rất nhiều của thầy trưởng ngành Nguyễn Ngô Lâm, thầy hướng dẫn PhanVăn Ca để em hoàn thành đồ án này Em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành sâu sắc

MỤC LỤC

Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp

Phiếu nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Phiếu nhận xét của giáo viên phản biện

1.2.2 Mục tiêu chi tiết:

-Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

2.1.1 Giới thiệu về board Arduino pro mini:

2.1.2 Chi tiết về board Arduino promini:

2.2.1 Giới thiệu về Bluetooth:

2.2.2 Bluetooth Low Energy (BLE):

2.2.2.1 Giới thiệu về BLE:

2.2.2.2 Thông số kỹ thuật:

2.3.2 Chip CC2541:

2.3.3 Sơ đồ cấu hình chân ra của HM – 10:

2.3.4 Các tập lệnh AT thường dùng:

2.4 Cảm biến chuyển động PIR 5V:

2.4.1 Giới thiệu cảm biến chuyển động PIR:

2.4.2 Cấu trúc cảm biển PIR:

2.4.3 Nguyên lý hoạt động:

-Chương 3

BLUETOOTH LOW ENERGY

3.10 Generic Attribute Profile (GATT)

3.10.1 Các vai trò của GATT:

3.10.2 UUID

3.10.3 Thuộc tính (attribute):

HỆ THỐNG QUẢN LÝ QUÁN CÀ PHÊ

4.3.1 Thiết bị android:

4.3.2 Giao diện trên máy tính:

4.3.3 Phần thu nhận thông tin:

4.5.1 Lưu đồ giải thuật trên arduino:

4.5.2 Lưu đồ giải thuật trên thiết bị android:

4.5.3 Lưu đồ giải thuật trên máy tính:

-Chương 5

KẾT QUẢ, THỰC NGHIỆM, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

5.4.1 Kết Luận:

5.4.2 Hướng phát triển:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

HCI: Host Controller Interface

L2CAP: Logical Link Control and Application Protocol

ATT: Attriute Protocol

SM: Security Manager

GATT: Generic Attribute Profile

GAP: Generic Access Profile

UUID: Universally Unique IDentifier

̉ DANH MỤC CÁC BẢNG BIÊU

Bảng 1.1 Quán cà phê phân loại theo nhóm giai đoạn 2009 - 2014

Bảng 1.2 Sản lượng cà phê Việt Nam qua các năm

Bảng 1.3 Tiêu thụ cà phê nội địa

-Bảng 2.1 Thông số chính arduino pro mini

Bảng 2.2 Chức năng các chân arduino pro mini

̉ DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIÊU ĐỒ

Hinh̀1.1 ICO ước tính tiêu thụ cà phê toàn cầu 2014

Hình 1.2 Nhu cầu tiêu thụ cà phê tăng từ năm 2011 (USDA 12-2015)

Hình 2.1 Arduino pro mini

Hình 2.3 : Sơ đồ khối chip CC2541

Hình 2.5 Đầu dò PIR

Hình 2.6 Lăng kính Fresnel so với thấu kính hội tụ thông thường

Hình 2.7 Ánh sáng từ các khu vực nhỏ cùng hội tụ tại một điểm qua lăng kìnhFresnel

Hình 3.10 : Active và passive scanning

Hình 3.11 : Sự kiện kết nối

-Hình 4.1 : Mô hình hệ thống quản lý quán cà phê

Hình 4.2 : Sơ đồ khối của hệ thống

Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý phần thu nhận thông tin

Hình 4.4: PIR 5V

Hình 4.6 : Module I2C - LCD

Hình 4.7 Pin vuông 9V

Hình 4.8 Asus zenfone selfie

Hình 4.9: Giao diện quét thiết bị và giao diện phục vụ

Hình 4.10 : Khách vào bàn số 12

Hình 4.11 : Khách gọi tính tiền ở bàn số 1

Hình 4.12 : Giao diện trên máy tính

Hình 4.13 : Giao diện gọi món

Hình 4.14: Giao diện số lượng, thông báo gọi món và giao diện chờ phục vụ

Hình 4.15 : Thông báo đã gọi phục vụ, gọi tính tiền và số tiền thanh toán

Hình 4.16 : Lưu đồ giải thuật chương trình chính

Hình 4.16 : Lưu đồ giải thuật chương trình setup

Hình 4.18 : Lưu đồ giải thuật chương trình con menu

Hình 4.19 : Lưu đồ giải thuật chương trình con giaodienCF

Hình 4.20 : Lưu đồ giải thuật chương trình con giaodienSL

Hình 4.21 : Lưu đồ giải thuật chương trình con nhapSo

Hình 4.22 : Lưu đồ giải thuật chương trình con readkey

Hình 4.23 : Lưu đồ giải thuật chương trình con goiPhucVu

Hình 4.24 : Lưu đồ giải thuật chương trình con goiTinhTien

Hình 4.25 : Lưu đồ giải thuật chương trình con setButtonImage

Hình 4.26 : Lưu đồ giải thuật chương trình con foodComplete

Hình 4.27 : Lưu đồ hoạt động của TcpClientService

Hình 4.28 : Lưu đồ hoạt động của hàm run()

Hình 4.29 : Lưu đồ giải thuật MainScreen

Hình 4.30 : Lưu đồ giải thuật runServer

Hình 4.31: Lưu đồ giải thuật run

-Hình 5.1 : Giao diện quét thiết bị, bắt đầu chương trình và nhập mã món

Hình 5.2 : Giao diện số lượng và gọi phục vụ

Hình 5.3 : Giao diện thông báo của bếp, giao diện tính tiền và arduino sleep

Hình 5.4 : Giao diện trên máy tính

bị điện tử Qua đó, thực khách chỉ việc tương tác với thiết bị điện tử, sau đó sẽ đượcphục vụ nhanh chóng, chu đáo, không thiếu sót và tiết kiệm thời gian, chi phí ỞViệt Nam ta, với sự phát triển như vũ bão của các nhà hàng, quán ăn, quán cà phê,việc ứng dụng công nghệ vào kinh doanh vào nhà hàng, quán ăn, quán cà phê là hếtsức cần thiết Học tập người Nhật, chúng ta sẽ phát triển hệ thống quản lý món ăn.Như vậy, ta sẽ được những lợi ích như sau:

Về thời gian: Chúng ta sẽ tiết kiệm rất nhiều thời gian Khi nhiều thực khách vàoquán cùng một lúc, một nhân viên phục vụ phải đứng chờ thực khách gọi món, sau đóghi lại vào giấy và đưa cho bếp, sau đó lại phải bưng món vào quay sang phục vụ bàntiếp theo, rồi sau đó lại phải tính tiền cho bàn vừa rồi Việc làm như vậy sẽ tốn rất nhiềuthời gian và rất dễ gây rối cho bếp Với hệ thống quản lý món ăn, thực khách chỉ việcgọi món thông qua thiết bị điện tử, bếp sẽ nhận thông tin một cách nhanh chóng vànhân viên phục vụ sẽ bưng món ăn đến ngay sau khi bếp đã nấu xong và tính tiền mộtcách nhanh chóng vì hệ thống đã ghi nhận và tính toán sẵn số tiền

Về chi phí: Chúng ta sẽ giảm được chi phí thuê nhân viên Thay vì phải thuênhiều nhân viên để đáp ứng nhu cầu về thời gian khi có đông khách, bây giờ với sự

hỗ trợ của các thiết bị điện tử, chúng ta sẽ sử dụng ít nhân viên hơn lúc trước nhưngvẫn đảm bảo chất lượng phục vụ Bên cạnh đó, quán đông khách sẽ khó tránh khỏitình trạng nhân viên không trung thực, nhận tiền khách nhưng không đưa lại chochủ quán, hoặc quán quá đông mà quên thu tiền của khách Với sự hỗ trợ của hệthống quản lý món ăn, số tiền sẽ được tính toán và lưu trữ một cách chính xác, giúpchúng ta tránh được tình trạng thất thoát đó

Về chất lượng phục vụ: Chất lượng phục vụ của quán sẽ được nâng cao Với sự hỗtrợ của thiết bị điện tử, khối lượng công việc của nhân viên sẽ được giảm, giúp chonhân viên thoải mái hơn và ít áp lực hơn Điều này làm cho thái độ nhân viên tốt hơn,qua đó nâng cao chất lượng phục vụ Đó cũng là yếu tố cốt lõi cho sự thành công củaquán Bên cạnh đó, việc phục vụ bằng thiết bị điện tử sẽ tạo tính chuyên nghiệp hơn,phân công nhiệm vụ cho nhân viên được rõ ràng hơn, tạo tính công bằng trong

công việc cho nhân viên Ở Việt Nam ta, các quán cà phê đang dần dần được mởrộng và phát triển Nắm bắt tình hình đó, tác giả đã quyết định chế tạo hệ thốngquản lý quán cà phê để tăng chất lượng dịch vụ cà phê.

Cà phê vốn là thức uống quen thuộc của tất cả người dân trên thế giới Mức tiêu thụ

cà phê trên thế giới ngày càng tăng qua các năm Có thể nói, nguồn lợi từ kinh doanh càphê là vô tân và dồi dào “Báo cáo của Bộ Nông Nghiệp Hoa Kỳ USDA ước tính lượngtiêu thụ cà phê rang xay tăng từ 1,83 triệu bao lên 1,92 triệu bao do sự mở rộng liên tụccủa các chuỗi cửa hàng cà phê và quán cà phê USDA điều chỉnh tăng ước tính xuấtkhẩu cà phê thế giới niên vụ 2014/15, tăng 2,5 triệu bao lên 32,5 triệu bao do nhu cầutiêu thụ cà phê tăng từ Mỹ và Châu Âu Ngoài ra, USDA cũng điều chỉnh giảm dự trữ

cà phê chuyển vụ từ niên vụ 2014/15, giảm 2,9 triệu bao xuống còn 33,5 triệu bao Dựtrữ cà phê chuyển vụ của Việt Nam được điều chỉnh giảm 2,5 triệu bao xuống còn 2,4triệu bao Dự trữ cà phê chuyển vụ của Brazil được điều chỉnh giảm 1,2 triệu baoxuống 5,8 triệu bao do xuất khẩu cà phê tăng Tiêu thụ cà phê từ EU được điều chỉnhtăng 750.000 bao lên 12,0 triệu bao.” (Tiêu thụ cà phê nước ta năm 2015 và dự báo năm 2016 , <http://www.vietrade.gov.vn>)

“ICO ước tính tiêu thụ cà phê toàn cầu trong năm 2014 đạt 149,2 triệu baoloại 60 kg, duy trì tỷ lệ tăng trưởng trung bình hàng năm về tiêu thụ cà phê toàn cầu

là 2,3% kể từ năm 2011.” (Sản lượng cà phê toàn cầu và các dự báo,

<http://kinhtevadubao.vn>)

Hinh̀ 1.1 ICO ước tính tiêu thụ cà phê toàn cầu 2014

“Nhu cầu tiêu thụ cà phê rất lớn Hàng năm, lượng tiêu thụ trên thế giới ước tínhvào khoảng 94,5 triệu bao cà phê nhân (khoảng 5,6 triệu tấn) Có thể chia các nướctiêu dùng cà phê thành bốn nhóm chính theo khu vực địa lý như sau :

- Nhóm các nước Tây Bắc Âu và Nam Âu

- Nhóm các nước Bắc Mỹ: Trong đó thị trường Mỹ là lớn nhất với nhu cầu hàng năm khoảng 4 kg/người/năm

- Nhóm các nước Châu Á - Thái Bình Dương: Trong đó hai thị trường tiêu biểu là Hàn Quốc và Nhật Bản

- Nhóm các nước Đông Âu và Nga: Đây là những thị trường mới nổi rất tiềm năng với sản phẩm cà phê

Theo Euromonitor, chuỗi cửa hàng cà phê là loại hình phát triển nhanh nhất,với doanh thu hàng năm tăng 32% Trong năm 2015, Starbucks nâng tổng số cửahàng lên con số 16 McCafe đã mở 5 cửa hàng kể từ khi nhãn hiệu cà phê này vàoViệt Nam đầu năm 2014 Các chuỗi cửa hàng khác như Coffee Bean and Tea Leaf,Gloria Jeans, Coffee Concepts và Highlands cũng đang tiếp tục phát triển thêm cơ

sở Sự phát triển bùng nổ của chuỗi cửa hàng cà phê nói trên cho thấy khách hàngngày càng khắt khe về chất lượng sản phẩm cũng như dịch vụ của cửa hàng.” (Tiêu thụ cà phê nước ta năm 2015 và dự báo năm 2016 , <http://www.vietrade.gov.vn>)

Bảng 1.1 Quán cà phê phân loại theo nhóm giai đoạn 2009 - 2014

Quán cà phê

- Chuỗi quán cà phê độc lập

- Quán cà phê độc lập

Cửa hàng chuyên cà phê

- Chuỗi cửa hàng chuyên cà

Hình 1.2 Nhu cầu tiêu thụ cà phê tăng từ năm 2011 (USDA 12-2015)

“Đối với cà phê hòa tan, theo Hiệp hội Cà phê và Ca cao Việt Nam, mục tiêucủa Việt Nam trong việc sản xuất cà phê hòa tan là khoảng 2,67 triệu bao Tuynhiên, sản lượng thực tế có lẽ chỉ hoàn thành được 50% mục tiêu đề ra Do nhu cầucủa người tiêu dùng với sản phẩm cà phê hòa tan trong nước khác lớn, tổ chứcUSDA đã điều chỉnh tăng số liệu ước tính cho lượng tiêu thụ cà phê hòa từ 250.000bao thành 300.000 bao niên vụ 2014/15 và từ 260.000 bao đến 350.000 bao niên vụ

2015/16.” (Tiêu thụ cà phê nước ta năm 2015 và dự báo năm 2016 ,

Bảng 1.3 Tiêu thụ cà phê nội địa

ta có thể tìm thấy cà phê pha phin tại khắp mọi nẻo đường Về sức tiêu thụ cà phê,Nhật Bản chiếm tỉ lệ cao nhất với 2,90kg bình quân đầu người, Hàn Quốc đứng thứhai với 2,42kg, Thái Lan với 1,95kg, Việt Nam là 1,15kg và Malaysia là 1,15kg.Đây là năm quốc gia đứng đầu trong khu vực châu Á về lượng tiêu thụ cà phê Theo

dữ liệu sản phẩm mới toàn cầu của Mintel, xét về nhu cầu thị trường, Việt Nam

chiếm 1/10 (10,1%) thị trường sản phẩm cà phê mới được ra mắt tại châu Á - TháiBình Dương, đứng thứ 4 sau những thị trường phát triển như Hàn Quốc (15%), Nhật

Bản (13%), Ấn Độ (11%).” (Tiêu thụ cà phê nước ta năm 2015 và dự báo năm

2016 , <http://www.vietrade.gov.vn>)

Như đã đề cập ở phía trên, với sự phát triển mạnh mẽ cùng với nhu cầu tiêu thụ cựcmạnh của thị trường cà phê thì các quán cà phê sẽ hình thành rất nhiều Từ đó sẽ

cạnh tranh nhau rất mạnh Bên cạnh chất lượng cà phê thì chất lượng phục vụ củaquán cũng đóng vai trò rất quan trọng Khi chúng ta vào một quán cà phê mà chấtlượng phục vụ quá kém thì hiển nhiên chúng ta sẽ không còn hứng thú với quán cà

phê đó nữa và thậm chí chúng ta sẽ không đến uống tại quán cà phê đó nữa Chính

vì vậy, ứng dụng khoa học kỹ thuật vào kinh doanh cà phê sẽ góp phần tăng chất lượng phục vụ, chất lượng dịch vụ qua đó nâng cao năng lực cạnh tranh giữa các quán cà phê, từ đó cải thiện thu nhập cho quán cà phê.

Trên thực tế, đã có một số phần mềm quản lý quán cà phê, điển hình như phầnmêm cukcuk.vn, tuy nhiên, tác giả nhận thấy phần mêm còn hạn chế đó là chỉ sửdụng smarphone hay tablet để quản lý, do đó, nhân viên vẫn phải làm tương tác vớikhách rất nhiều, vì vậy, tác giả đã phát triển đề tài có thêm phần thu nhận thông tin

đặt cố định để khách tương tác và nhân viên dễ phục vụ Đề tài tập trung nghiên cứu hệ thống quản lý quán cà phê sao cho chủ quán có thể tiết kiệm chi phí nhất trong việc quản lý nhân viên, tiết kiệm thời gian và tạo tính chuyên nghiệp cho quán nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ bằng cách kết hợp thiết bị điện tử trong khâu phục vụ khách.

1.2 Mục tiêu nghiên cứu:

1.2.2 Mục tiêu chi tiết:

Xây dựng hệ thống gồm ba phần chính: Phần nhận dữ liệu được lắp ở bàn đểkhách có thể gọi thức uống và tương tác với nhân viên phục vụ, phần thiết bịandroid để nhân viên tương tác với bếp và khách hàng, phần giao diện máy tính đểbếp nhận thông tin về thức uống của khách để pha chế và số tiền mà khách đã tính

1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu:

Nghiên cứu phần cứng, phát triển ứng dụng trên android và trên máy tính nhằm

hỗ trợ cho nhân viên trong việc phục vụ nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ Sửdụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng, chi phí thấp Mô hình đơn giản nhưng thiếtthực, tính khả thi cao

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu:

- Hệ thống phần cứng nhận biết khách vào, truyền dữ liệu khi khách gọi đồuống, thông báo cho nhân viên biết khi khách yêu cầu, đưa ra thống báotính tiền cho khách.

- Giao diện cho nhân viên nhận biết các yêu cầu của khách và cho biết cácmón khách sẽ gọi những món gì để pha chế

Phạm vi nghiên cứu:

- Các hệ thống quán cà phê lớn và vừa Hệ thống quán cà phê cần giải quyếtvấn đề về nhân viên Hệ thống quán cà phê cần nâng cao chất lượng dịch

vụ, tạo sự thoải mái cho khách hàng

- Các chuỗi quán cà phề mà chủ quán thường xuyên không có mặt ở quán đểquản lý nhưng vẫn cần quản lý chặt chẽ về thu nhập của quán

1.5 Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu các tài liệu có sẵn về các giải pháp truyền dữ liệu tiết kiệm nănglượng Phương pháp quan sát các hệ thống có sẵn ở các nước phát triển, từ đó pháttriển sao cho phù hợp với yêu cầu thực tiễn

1.6 Bố cục của Đồ Án:

Đồ án được chia làm 5 chương:

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về thị trường cà phê ở Việt Nam, tính cấp thiếttrong việc ứng dụng khoa học công nghệ vào kinh doanh quán cà phê

Chương 2: Giới thiệu về mô hình hệ thống, công nghệ sử dụng và phần cứng liênquan

Chương 3: Đi sâu vào tìm hiểu công nghệ Bluetooth low energy

Chương 4: Giới thiệu chi tiết mô hình hệ thống, tính toán, thiết kế và thi công

hệ thống

Chương 5: Trình bày kết quả đạt được, ưu điểm, nhược điểm, kết luận và hướngphát triển

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

2.1 Board Arduino promini:

2.1.1 Giới thiệu về board Arduino pro mini:

Được giới thiệu vào năm 2005, Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằmxây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn.Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lýAVR Atmel 8 bit, hoặc ARM Atmel 32-bit Arduino là một nền tảng mà mọi thiết bịphần cứng đều được làm sẵn và chuẩn hóa, người dùng chỉ việc chọn những thứmình cần, ráp lại là có thể chạy được Những nhà thiết kế của Arduino cố gắngmang đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích,sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác vớimôi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành Những ví dụ phổ biếncho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiểnnhiệt độ và phát hiện chuyển động Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tíchhợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùngviết các chương trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++ Arduino là một nềntảng phần cứng mã nguồn mở: Các thiết kế phần cứng tham khảo của Arduino đượcphân phối dưới dạng Creative CommonsAttribution Share-Alike 2.5 license và cósẵn trên website của Arduino Một vài phiên bản phần cứng của Arduino còn đưalên cả file Layout và thành phẩm Cộng đồng sử dụng arduino hiện nay rất lớn, giúpchúng ta dễ dàng tiếp cận cũng như xử lý vấn đề một cách nhanh chóng

Arduino Pro Mini là 1 board mạch rất nhỏ, tiêu hao năng lượng thấp, sử dụngchip ATmega328P Adruino Pro Mini đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng thực tếđòi hỏi sự gọn gàng, linh hoạt, chi phí thấp, và kích thước nhỏ

2.1.2 Chi tiết về board Arduino promini:

Có 2 phiên bảng Arduino pro mini, một chạy ở điện áp 3.3v và một chạy ở 5v

Bảng 2.1 Thông số chính arduino pro mini

Vi điều khiển

Điện áp hoạt động

Nguồn vào đề nghị

Digital I/O Pin

Analog Input Pins

Dòng tối đa cho chip

Dòng tại mỗi chân

Công suất tiêu thụ

Hình 2.1 Arduino pro mini

2.2 Công nghệ Bluetooth:

2.2.1 Giới thiệu về Bluetooth:

Bluetooth là công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giaotiếp với nhau bằng sóng vô tuyến qua băng tần chung ISM (Industrial, Scientific,Medical) trong dãy tầng 2.40- 2.48 GHz Đây là dãy băng tần không cần đăng kýđược dành riêng để dùng cho các thiết bị không dây trong công nghiệp, khoa học, ytế

Bluetooth được thiết kế nhằm mục đích thay thế dây cable giữa máy tính vàcác thiết bị truyền thông cá nhân, kết nối vô tuyến giữa các thiết bị điện tử lại vớinhau một cách thuận lợi với giá thành rẻ

2.2.2 Bluetooth Low Energy (BLE):

2.2.2.1 Giới thiệu về BLE:

Trước đây, một trong những lý do khiến người ta ngại bật bluetooth là vì nótiêu tốn năng lượng khá nhiều, lại gây nóng máy nếu hoạt động liên tục Tuy nhiên,Bluetooth 4.0 đã khắc phục được nhược điểm này Một trong những cải thiện vượt

trội nhất của BLE là gần như máy không bị tiêu hao pin dù bạn có bật thường trực.

“Bluetooth low energy” là một phần của Bluetooth 4.0 với một giao thứchoàn toàn mới để những kết nối đơn giản được thực hiện nhanh chóng Nó là một sựchuyển đổi những giao thức tiêu chuẩn của Bluetooth 1.0 vào 4.0 nhằm phục vụ chonhững ứng dụng năng lượng cực thấp Điều này cho phép giảm đáng kể điện năngtiêu thụ, qua đó kéo dài thời lượng pin các thiết bị di động, một vấn đề đang rấtđược quan tâm hiện nay

2.2.2.2 Thông số kỹ thuật:

Truyền dữ liệu - công nghệ Bluetooth năng lượng thấp cung cấp các gói dữ liệurất ngắn (8 byte tối thiểu lên đến 27 byte tối đa) với tốc độ 1 Mbit/s Tất cả các kết nốitiên tiến sử dụng đánh giá sniff-sub để đạt được chu kỳ nhiệm vụ cực kỳ thấp

Công nghệ bluetooth 4.0 cũng sử dụng dãy tần 2,4 GHz như công nghệbluetooth cũ, Thừa hưởng những ưu thế về tốc độ truyền dữ liệu và khoảng cáchgiao tiếp giữa hai thiết bị lên tới 90m, tốc độ bit là 1 Mbit/s và công suất phát tối đa

Cấu trúc liên kết - công nghệ Bluetooth năng lượng thấp sử dụng một địa chỉtruy cập 32 bit trên mỗi gói cho mỗi thiết bị, cho phép hàng tỷ thiết bị được kết nối.Công nghệ này được tối ưu hóa cho một-một kết nối trong khi cho phép một-nhiềukết nối sử dụng cấu trúc liên kết hình sao Với việc sử dụng các kết nối nhanh chóng

và ngắt kết nối, dữ liệu có thể di chuyển trong một vùng mạng lưới một cách đơngiản và dễ dàng

Có 2 chế độ Master và Slave Có các chức năng : Transmission Version, RemoteControl version and PIO State Acquisition Functions Transmission Version sử dụng đểtruyền dữ liệu giữa hai thiết bị bluetooth Remote control điều khiển các PIO portsoutput mức cao hay mức thấp mà không cần một MCU nào khác PIO state acquisitionfunctions được sử dụng để acquisition PIO ports state mà không cần sử dụng một MCUnào khác Có thể sử sụng tập lênh AT để thiết lập lại các thông số của module HM – 10.Đặc điểm kỹ thuật của module HM-10 được mô tả ở bẳng 2.3

vi Chip CC2541 phù hợp cho các hệ thống tiêu thụ điện năng thấp, thời gian chuyểntiếp ngắn giữa các chế độ hoạt động Chip CC2541 có hai phiên bản khác nhau:CC2541F128 và CC2541F256, với 128 KB và 256 KB bộ nhớ flash, tương ứng.Hình 2.3 là sơ đồ khối của chíp CC2541 Có thể chia thành ba phần module:

- Module liên quan đến CPU và bộ nhớ: Cấu tạo bởi core MCU 8051 CPU

có ba vùng nhớ truy suất được (SFR, DATA, CODE/XDATA) Bên cạnh

đó CPU cũng cho phép các giao tiếp debug và các ngắt ngoài

- Module đến các thiết bị ngoại vi, clocks, công suất Được cung cấp vớiđiện áp thấp 1.8V Hơn thế nữa, CC2541 có sẵn các chức năng cho phép sửdựng ở những chế độ tiết kiệm năng lượng khác nhau như (PM1, PM2,PM3) nhằm đáp ứng các ứng dụng tiết kiệm năng lượng

- Module liên quan đến radio Core RF trong module điều khiển các moduleanalog radio và digital radio thông qua các API commands đến BLE stack

Hình 2.3: Sơ đồ khối chip CC2541

2.3.3 Sơ đồ cấu hình chân ra của HM – 10:

Hình 2.4 Sơ đồ cấu hình chân HM-10 Bảng 2.4 Tên và chức năng các chân HM - 10

2.3.4 Các tập lệnh AT thường dùng:

System LED and System KEY : trong HM-10 chân PIO0 được cấu hình làngõ vào của switch và chân PIO1 là ngõ ra cho LED System KEY : Khi khôngnhấn switch chân này ở mức cao (3,3 V) ,khi nhấn switch sẽ chuyển xuống mứcthấp (0 V)

Ở chế độ master: Khi chưa kết nối: nhấn switch sẽ xóa thông tin địa chỉ thiết

bị từ xa kết nối cuối cùng Khi đã kết nối : nhấn switch sẽ ngắt kết nối Ở chế độslave: Khi chưa kết nối: nhấn switch không có tác dụng Khi đã kết nối : nhấnswitch sẽ ngắt kết nối

System LED : Nếu lệnh AT+PIO10 được thiết lập: Khi chưa kết nối:ngõ ra sẽ

là xung vuông 500ms mức thấp và 500ms mức cao Khi đã kết nối : ngõ ra ở mứccao Nếu lệnh AT+PIO11 được thiết lập: Khi chưa kết nối : ngõ ra ở mức thấp Khi

đã kết nối : ngõ ra ở mức cao

* Các tập lệnh AT:

AT : xác định trạng thái ( trả về OK)

Truy vấn / Thiết lập tốc độ baud:

AT+BAUD? : hỏi tốc độ baud ( trả về OK+Get:[tốc độ baud] )

AT+BAUD[para1] : thiết lập tốc độ baud

Para1: Baud rate No

Truy vấn / Thiết lập bit chẵn lẻ

AT+PARI? : truy vấn bit chẵn lẻ

AT+PARI[para1] : thiết lập bit chẵn lẻ ( trả về OK+Set:[para1] )

Truy vấn / Thiết lập Stop bit

AT+STOP? : truy vấn stop bit ( trả về OK+Get:[para1] )

AT+STOP[para1] : thiết lâp chế độ stop bit ( trả về OK+Set:[para1] )

Para1:0, 1

1: One stop bit

2: Two stop bit

Mặc định: 0 (One stop bit)

Truy vấn / Đặt Chế độ module làm việc

AT+MODE? : hỏi về mode hoạt động ( trả về OK+Get:[para1] )

AT+MODE[para1] : thiết lập mode hoạt động ( trả về OK+Set:[para1] )Para1: 0, 1, 2

1: Transmission Mode

2: Remote Control Mode

3: 0 Mode + 1 Mode

Mặc định: 0

Truy vấn / Set chế độ PIO1 output (System LED)

AT+PIO1? : hỏi chế độ PIO1 (trả về OK+Get:[para1] )

AT+ PIO1 [para1] ; thiết lập chế độ PIO1 ( trả về OK+Set:[para1] )

Para1: 0, 1

0: Unconnected Output

AT+RESET : khởi động lại module ( trả về OK+RESET )

Truy vấn / Thiết lập chế độ Master hay slave

AT+ROLE? : Hỏi chế độ đang hoạt động ( trả về OK+ROLE:[para1] )

AT+ROLE[para1] : thiết lập chế độ hoạt động ( trả về OK+Set:[para1] )Para1: M, S

M: Master

S: Slaver

Mặc định: S

Truy vấn / Thiết lập mã pin

AT+PASS? : hỏi mã pin ( trả về OK+PASS:[para1] )

AT+PIN[para1] : thiết lập mã pin ( trả về OK+Set:[para1] 0

Para1 is Pin Code,

000000~999999

Mặc định: 000000

Xóa địa chỉ thiết bị kết nối cuối

AT+CLEAR : trả về OK+CLEAR lệnh này chỉ sử dụng khi module đang ở chế độ master

Truy vấn / Thiết lập chế độ module Bond

AT+TYPE? : hỏi chế độ ( trả về OK+Get:[para1] )

AT+TYPE[para1] :thiết lập chế độ cho Bond ( trả về OK+Set:[para1])

Para1: 0~1

0:Not need PIN Code

1:Need PIN Code

Mặc định: 0

Truy vấn / Thiết lập chế độ công suất phát song

AT+POWE? : hỏi chế độ phát sóng ( trả về OK+Get:[para1] )

AT+ POWE [para1] : thiết lập chế độ công suất phát (trả về OK+Set:[para1])Para: 0 ~ 3

1: -23dbm

1: -6dbm

2: 0dbm

3: 6dbm

Mặc định: 2

2.4 Cảm biến chuyển động PIR 5V:

2.4.1 Giới thiệu cảm biến chuyển động PIR:

PIR là chữ viết tắt của Passive InfraRed, tức là bộ cảm biến thụ động dùng

nguồn kích thích là tia hồng ngoại Tia hồng ngoại (IR) chính là các tia nhiệt phát ratừ các vật thể nóng Trong cơ thể chúng ta luôn có thân nhiệt, do đó cơ thể chúng ta

sẽ luôn phát ra các tia nhiệt, hay còn gọi là các tia hồng ngoại, người ta sẽ dùng mộttế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và nhờ đó mà có thể làm racảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển động Cảm biến này gọi là thụđộng vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát (làm nguồn tích cực, hay chủ động) màchỉ phụ thuộc vào các nguồn tha nhiệt, đó là thân nhiệt của các thực thể khác, nhưcon người con vật…

2.4.2 Cấu trúc cảm biển PIR:

Hình 2.5 Đầu dò PIR

Hình 2.5 là đầu dò PIR, bên trong đầu dò là hai khe, mỗi khe được làm bằngchất liệu đặc biệt nhạy cảm với tia hồng ngoại Đầu dò có 3 chân ra, một chân nốimasse, một chân nối với nguồn volt DC, mức áp làm việc có thể từ 3 đến 15V Chúng

ta biết các tia nhiệt phát ra từ thân thể người rất yếu và rất phân tán, để tăng độ nhạyphải dùng kính có mặt kính lồi, sóng ánh sáng khi đi qua một mặt kính lồi sẽ cho gomlại tại một điểm nhỏ, điểm đó gọi là tiêu điểm, khuyết điểm của loại kính hội tụ dùngmặt lồi thông thường là khi mặt kính mở rộng, tiêu điểm sẽ dịch chuyển, để khắc phụctình trạng này, người ta sử dụng lăng kính Fresnel Thấu kính Fresnel là một loại thấukính có bề mặt ghép lại từ các phần của mặt cầu, qua đó khung cảnh phía trước sẽ đượcchia nhỏ và hội tụ qua các phần khác nhau của mặt cầu, và các khung

cảnh nhỏ này co chung một điểm hội tụ,ngoài ra lăng kính Freshnel còn làm giảm

độ dày của thấu kính, giảm trọng lượng, độ tiêu hao ánh sáng do sự hấp thụ của thủytinh làm kính Hình 2.6a so sánh lăng kính Fresnel so với thấu kính thường, hình2.10b là một trong những lăng kính Fresnel thông dụng Hình 2.7 mô tả tác dụngcủa lăng kính Fresnel

Hình 2.6 Lăng kính Fresnel so với thấu kính hội tụ thông thường

Hình 2.7 Ánh sáng từ các khu vực nhỏ cùng hội tụ tại một điểm qua lăng kình

Fresnel

2.4.3 Nguyên lý hoạt động:

Hình 2.8 Nguyên lý hoạt động

Các nguồn nhiệt (với người và con vật là nguồn thân nhiệt) đều phát ra tiahồng ngoại, qua kính Fresnel, qua kích lọc lấy tia hồng ngoại, nó được phát hiện bởihai khe cảm biến hồng ngoại gắn trong đầu dò, từ hai khe cảm biến này sẽ xuất hiệnhai tín hiệu và tín hiệu này sẽ được khuếch đại với transistor FET để có biên độ đủcao và đưa vào mạch so áp để tác động vào một thiết bị điều khiển hay báo động.Hình 2.9 mô tả nguyên lý phát hiện chuyển động: Bình thường, cả hai khe của đầu

dò sẽ cùng nhận một lượng tia hồng ngoại như nhau từ môi trường xung quanh Khi

có người (hoặc vật) bắt đầu đi vào khu vực, nó sẽ chặn khe thứ nhất, tạo ra một sựkhác biệt giữa hai lượng tia hồng ngoại nhận vào được của hai khe, khe thứ nhất sẽphát tín hiệu điện, khi người chặn cả hai khe, lượng hồng ngoại là như nhau, khingười bắt đầu đi qua khe thứ nhất và che khe thứ hai thì lại tạo ra sự khác biệt giữahai lượng tia hồng ngoại nhận vào của hai khe và khe thứ hai sẽ phát tín hiệu điện

Sự xuất hiện của 2 tín hiệu này cho biết là đã có một nguồn nhiệt đi ngang và mạchđiện tử sẽ phát ra tín hiệu điều khiển

Hình 2.9 Nguyên lý phát hiện chuyển động

Chương 3

BLUETOOTH LOW ENERGY

3.1 Kiến trúc của Bluetooth:

Mô hình trong mạng sử dụng công nghệ Bluetooth là ad-hoc Các thiết bịhoạt động trong một phạm vi bán kính tối đa 10m Một tập hợp các thiết bị giao tiếpvới nhau trong phạm vi cho phép gọi là 1 piconet Tất cả các thiết bị trong cùng mộtpiconet sẽ chia sẽ cùng một kênh Mỗi piconet có một master và ít nhất một slave.Bất cứ thiết bị nào cũng có thể đóng vai trò là master hay slave tuỳ vào sự quy địnhcủa người dùng Có tối đa 7 slave trong một piconet Vì thế mỗi thiết bị trong mộtpiconet được xác định bằng 3 bit định danh

Hình 3.1: Kiến trúc Bluetooth

Chỉ có master mới có thể khởi động một mạng Bluetooth Tuy nhiên, khi màliên kết đã được thiết lập, slave có thể yêu cầu một master/slave trở thành mộtmaster Các slave thì không thể giao tiếp trực tiếp với nhau Các giao tiếp trongmạng Bluetooth là giao tiếp trực tiếp với nhau Tất cả các giao tiếp trong mạngBluetooth là giao tếp giữa slave và master Nhiều piconet bao phủ chồng lên nhautạo thành một vùng gọi là scatternet Mỗi piconet chỉ có duy nhất một master, nhưngslave thì có thể thuộc các piconet khác nhau

3.2 Các thành phần trong truyền thông Bluetooth:

3.2.1 Master Unit:

Là thiết bị duy nhất trong 1 piconet, master thiết lập đồng hồ đếm xung kiểubước nhảy (hopping) để đồng bộ tất cả các thiết bị trong cùng piconet mà nó đangqunr lý, thường là thiết bị đầu tiên chuyển đổi dữ liệu Master cũng quyết định sốkênh truyền thông Mỗi Piconet có một kiểu hopping duy nhất

3.2.2 Slave Unit:

Là tất cả các thiết bị còn lại trong piconet, một thiết bị không là Master thì phải

là Slave Tối đa 7 Slave dạng Active và 255 Slave dạng Parked (Inactive) trong 1Piconet Có 3 dạng Slave trong một Piconet:

- Active: Slave hoạt động, có khả năng trao đổi thông tin với các master và cácslave active khác trong piconet Các thiết bị ở trạng thái này được phân biệtthông qua một địa chỉ MAC hay AMA Nên trong 1 piconet có tối đa 8 thiết

bị ở trạng thái này (1 master và 7 slave)

- Standby: là một dạng inactive, thiết bị trong trạng thái này không thể trao đổi

dữ liệu, sóng radio không tác động lên, công suất giảm đến tối thiểu để tiếtkiệm năng lượng, thiết bị không có khả năng dò được bất cứ mã truy cậpnào Có thể coi là những thiết bị nằm ngoài vùng kiểm soát của master

- Parked: là một dạng inactive, chỉ một thiết bị trong một piconet thường đượcđồng bộ với piconet nhưng không có địa chỉ MAC Chúng ở trạng thái “ngủ”

và được master gọi dậy bằng tín hiệu “beacon” Các thiết bị ở trạng thái nàyđược đánh địa chỉ thông qua địa chỉ PMA (Parked Member Address) Đây làcon số 8 bit để phân biệt các parked slave với nhau và có tối đa 255 thiết bị ởtrạng thái này trong 1 piconet

3.2.3 Piconet:

Picotnet là tập hợp các thiết bị được kết nối thông qua kỹ thuật Bluetooth theo

mô hình Ad-Hoc (đây là kiểu mạng được thiết lập cho nhu cầu truyền dữ liệu hiện hành

và tức thời, tốc độ nhanh và kết nối sẽ tự động huỷ sau khi truyền xong) Trong 1Piconet thì chỉ có 1 thiết bị là Master Đây thường là thiết bị đầu tiên tạo kết nối, nó cóvai trò quyết định số kênh truyền thông và thực hiện đồng bộ giữa các thành phần trongPiconet, các thiết bị còn lại là Slave Đó là các thiết bị gửi yêu cầu đến Master Lưu ýrằng, 2 Slave muốn thực hiện liên lạc phải thông qua Master bởi chúng không bao giờkết nối trực tiếp được với nhau, Master sẽ đồng bộ các Slave về thời gian và tần số.Trong 1 Piconet có tối đa 7 Slave đang hoạt động tại 1 thời điểm

Hình 3.2: Hoìnhạt 3độ.2:ngPiconetủamột piconet

Hình 3.2 mô tả hoạt động của một piconet Một piconet bắt đầu với 2 thiết bịkết nối với nhau như laptop, pc với 1 mobilephone Giới hạn 8 thiết bị trong 1piconet Tất cả các thiết bị Bluetooth đều ngang hàng và mang chức năng xác định.Tuy nhiên khi thành lập 1 piconet, 1 thiết bị sẽ đóng vai trò là master để đồng bộ vềtần số và thời gian truyền phát, các thiết bị khác làm slave

3.2.4 Scatternet:

Là 2 hay nhiều Piconet độc lập và không đồng bộ, các Piconet này kết hợp lạitruyền thông với nhau Một thiết bị có thể vừa là Master của Piconet này, vừa là Slavecủa Piconet khác Vai trò của 1 thiết bị trong Piconet là không cố định, có nghĩa là nó

có thể thay đổi từ Master thành Slave và ngược lại, từ Slave thành Master Ví dụ nếuMaster không đủ khả năng cung cấp tài nguyên phụ vụ cho Piconet của mình thì nó sẽchuyển quyền cho 1 Slave khác giàu tài nguyên hơn, mạnh hơn, bởi vì trong 1 piconetthì Clock và kiểu Hopping đã được đồng bộ nhau sẵn

Hình 3.3: Scatternet

Có 2 cách hình thành một Scatternet:

- Cách 1: Piconet này cử ra 1 Slave làm Slave của Piconet kia (các Piconet làđộc lập với nhau và không đồng bộ) Slave này sẽ phân chia các time slots(TS), một vài TS ở Piconet này, vài TS ở Piconet kia

- Cách 2: Một Slave trong Piconet này trở thành 1 Master trong 1 Piconet khác.Cũng bằng cách chia các TS như trên cách 1 Cách này cho phép 2 Piconet đồng

bộ nhau về clock (xung nhịp) và kiểu hopping (kiểu nhảy tần số) Vì 1 Slaveđóng vai trò Master trong 1 Piconet mới, sẽ mang theo clock và hopping

của Piconet cũ, đồng bộ cho các Slave trong Piconet mới mà nó làm Master Khi

có nhiều Piconet độc lập, có thể bị nhiễu trên một số kênh, những packet

đó sẽ bị mất và được truyền lại Nếu tín hiệu là tiếng nói (tín hiệu thoại), chúng sẽ

bị bỏ qua

3.2.5 Quá trình hình thành scatternet:

Một mô hình Piconet được tạo bằng 4 cách:

- Có Master rồi, Master thực hiện Paging để kết nối với 1 Slave.

- Một Unit (Master hay Slave) lắng nghe tín hiệu (code) mà thiết bị của nó truy cập được.

- Khi có sự chuyển đổi vai trò giữa Master và Slave 

- Khi có một Unit chuyển sang trạng thái Active 

Để thiết lập một kết nối mới, tiến trình INQUIRY hay PAGE sẽ bắt đầu Tiến trìnhInquiry cho phép 1 Unit phát hiện các Unit khác trong tầm hoạt động cùng với địa chỉ

và đồng hồ của chúng Tiến trình paging mới thực sự là tạo kết nối Kết nối chỉ thựchiện giữa những thiết bị mang địa chỉ Bluetooth Unit nào thiết lập kết nối sẽ phải thựchiện tiến trình paging và tự động trở thành Master của kết nối Trong tiến trình paging,

có thể áp dụng vài chiến lược paging Có một chiến lược paging bắt