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 Ni41004193
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 Ni41004193
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.
NHẬN XÉT
Của giảng viên
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Ngày ..20.. tháng .6. năm 2017
Mục Lục
I)Giới thiệu………………………………………………….1
Tóm tắt nội dung
Mở đầu
Tìm hiểu công Nghệ không dây Bluetoot
Phương phá và đối tượng nghiêm cứu
II)Thiết kế hệ thống………………………………………….2
Sơ đồ khối………………………………………….2
Mô hình thực tế……………………………………2
Khối Nguồn…………………………………….2
Khối module bluetoot…………………………3
Khối vi điều khiển Arduino……………………4
Thông số kỹ thuật Arduino……………….4
Chức năng các bộ phận Arduino………..5
Khối Replay…………………………………….7
Khối công tắc…………………………………..8
Khối Androi……………………………………..8
III) Hoạt động của hệ thống……………………………….9
Nguyên lý hoạt động của hệ thống……………….9
Sơ đồ giải thuật……………………………………10
Sơ đồ giải thuật hệ thống…………………….10
Sơ đồ giải thuật android………………………11
IV) Điều khiển động cơ……………………………………12
Giới thiệu…………………………………………..12
Động cơ bước…………………………………12
Mạch cầu H……………………………………13
Nguyên lý hoạt động……………………………..14
Mạch cầu HL298………………………………….15
Sơ đồ giải thuật điều khiển động cơ……………16
Giải thuật đóng cửa………………………………17
Giải thuật mở cửa………………………………..18
V) Kết quả và kết luận……………………………19
Tài liệu tham khảo………………………………..20
Giới thiệu
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 thời đại công nghệ số.
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 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. 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.
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.
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.
Thiết Kế Hệ Thống
Sơ đồ khối:
Mô hình trong thực tế:
Khối nguồn
Khối nguồn tạo ra dòng điện và điện thế ổn định cung cấp an toàn cho cả mạch. Do dùng nguồn 5V DC nên ta dùng bốn diode để chỉnh lưu dòng xoay chiều đi qua và IC ổn áp 7805 để tạo nguồn 5v cung cấp cho mạch.
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 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
Tốc Độ Hỗ Trợ: 200，2400，4800，9600,19200，38400，57600，115200
Kích thước Module: 28mm x 15 mm x 2.35mm
Dòng hoạt động: 20-30mA
Tần số: 2.4GHz ISM band
Tốc độ:
+ Asynchronous: 2.1Mbps(Max)/160kbps
+ Synchronous: 1Mbps/1Mbps
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
Khối Vi Điều Khiển Arduino
thông số kỹ thuật của arduino
2. Chức năng từng bộ phận của Arduino
– Vi điều khiển
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 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 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, 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 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.
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.
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.
Khối Androi
