TRƯỜNG CAO ĐẲNG CNTT HỮU NGHỊ VIỆT HÀN
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ- VIỄN THÔNG
TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT
ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG PHÒNG THÔNG
QUA HỆ THỐNG BLUETOOTH
SVTH : Lê Huy
Lớp : CCVT15A
Niên Khóa : 2015 - 2018
CBHD : ThS. Dƣơng Hữu Ái
Đà Nẵng, tháng 06 năm 2018
1
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm qua, khoa học máy tính và xử lý thông tin
có những bước tiến vượt bậc và ngày càng phát triển mạnh mẽ. Đặc
biệt, sự ra đời và phát triển nhanh chóng của kỹ thuật số đã làm cho
ngành điện tử trở nên phong phú và đa dạng hơn, góp phần rất lớn
trong việc đưa kỹ thuật hiện đại vào mọi lĩnh vực của hoạt động sản
xuất, kinh tế và đời sống xã hội. Từ những hệ thống máy tính lớn đến
những hệ thống máy tính cá nhân, từ những việc điều khiển các máy
công nghiệp đến các thiết bị phục vụ đời sống hằng ngày của con
người. Công nghệ số thực sự là một bước tiến lớn cho công nghệ
hiện nay.
Với mong muốn áp dụng công nghệ số vào thực tiễn vì vậy
em đã chọn đề tài: “Điều khiển thiết bị điện trong phòng thông qua
hệ thống Bluetooth”. Nội dung đồ án gồm 3 chương được thực hiện
như sau:
- Chương 1: Tổng quan về công nghệ Bluetooth.
- Giới thiệu về Bluetooth.
- Lịch sử ra đời và phát triển của Bluetooth.
- Chương 2: Hệ thống điều khiển thiết bị điện thông qua
Bluetooth.
- Giới thiệu về hệ thống Bluetooth.
- Giới thiệu tổng quan về các linh kiện trong hệ thống.
- Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thống.
- Chương 3: Thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển thiết bị điện
thông qua hệ thống Bluetooth.
- Tiến hành thực hiện xây dưng mô hình.
- Hoàn tất và đưa ra kết quả.
2
Do kiến thức còn hạn chế và thời gian tích lũy không nhiều
nên đồ án của em không thể không tránh khỏi những sai sót về mặt
nội dung lẫn sản phẩm. Rất mong nhận được sự góp ý và thông cảm
của quý thầy cô.
1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BLUETOOTH
1.1 Tổng quan
Trong những năm qua công nghệ truyền nhận dữ liệu không
dây đang có những bước phát triển mạnh mẽ, góp công lớn trong
việc phát triển các hệ thống điều khiển, giám sát từ xa, đặc biệt là các
hệ thống thông minh. Hiện nay, có khá nhiều công nghệ truyền nhận
dữ liệu không dây như RF, WIFI, Bluetooth, NFC, ...Trong đó,
Bluetooth là một trong những công nghệ được phát triển từ lâu và
luôn được cải tiến để nâng cao tốc độ cũng như khả năng bảo mật.
Trên thị trường Việt Nam hiện nay có rất nhiều sản phẩm
điều khiển thiết bị không dây. Việc nghiên cứu và thiết kế một bộ
sản phẩm điều khiển thiết bị không dây có ý nghĩa rất lớn, giúp tăng
thêm sự lựa chọn cho người sử dụng, góp phần phát triển các hệ
thống điều khiển thông minh, …
1.2 Lịch sử ra đời và phát triển của công nghệ Bluetooth
Tên gọi Bluetooth được đặt theo tên gọi của một vị vua Đan
Mạch – Harald Bluetooth. Ông vốn nỗi tiếng về khả năng giúp đỡ
mọi người có thể giao tiếp, thương lượng với nhau. Các nhà nghiên
cứu đã dùng tên này để nhấn mạnh việc các thiết bị có thể trao đổi,
kết nối với nhau qua công nghệ Bluetooth.
Ban đầu, Sven Mattison và Jaap Haartsen – 2 nhân viên của
Ericsson (hiện này là Sony Ericsson và Ericsson Mobile Platforms)
đã phát triển những tính năng đầu tiên của Bluetooth vào năm 1994.
Sau đó, Bluetooth Special Interest Group tiếp tục triển khai công
nghệ này từ ngày 20/5/1999.
Dần dần, Sony Ericsson, IBM, Intel, Toshiba và Nokia cùng
nhiều công ty khác đã tham gia phát triển công nghệ không dây tầm
2
gần này nhằm hỗ trợ việc truyền dữ liệu qua các khoảng cách ngắn
giữa các thiết bị di động và cố định, tạo nên các mạng cá nhân không
dây. Bluetooth còn được gọi là IEEE 802.15.1.
Ngày nay, Bluetooth trở thành một trong những kết nối
không dây thông dụng nhất trên toàn thế giới. Năm 2006, có khoảng
1 tỉ người sử dụng các thiết bị Bluetooth, tương đương với dân số
của Ấn Độ. Cũng có tới 1/3 số lượng xe hơi mới sản xuất tích hợp
công nghệ này. Trong số đó, các thiết bị liên quan đến âm thanh
stereo có tốc độ phát triển nhanh nhất và có nhiều ứng dụng nhất.
Các thế hệ Bluetooth:
- Bluetooth 1.0 ra đời tháng 7/1999.
- Bluetooth 1.1 ra đời năm 2001.
- Bluetooth 1.2 ra mắt vào tháng 11/ 2003.
- Bluetooth 2.0 + ERD ra mắt vào tháng 11/2004.
- Bluetooth 2.1 + ERD, đây chính là thế hệ nâng cấp của
Bluetooth 2.0.
- Bluetooth 3.0 + HS ra mắt vào tháng 4/2009.
- Bluetooth 4.0 có nhiều đặc điểm chung với chuẩn 3.0 nhưng khả
năng truyền dữ liệu tốc độ cao lên tới 25 Mbps.
- Bluetooth 5.0 ra chuẩn Bluetooth mới nhất được SIG thông qua
vào ngày 7/12/2016.
1.3 Khái niệm
Bluetooth là một công nghệ cho phép truyền thông giữa các
thiết bị với nhau mà không cần cáp và dây dẫn. Nó là một chuẩn điện
tử, điều đó có nghĩa là các hãng sản xuất muốn có đặc tính này trong
sản phẩm thì họ phải tuân theo các yêu cầu của chuẩn này cho sản
phẩm của mình. Những chỉ tiêu kỹ thuật này đảm bảo cho các thiết
bị có thể nhận ra và tương tác với nhau khi sử dụng công nghệ
3
Bluetooth. Ngày nay phần lớn các nhà mày đều sản xuất các thiết bị
có sử dụng công nghệ Bluetooth. Các thiết bị này gồm có điện thoại
di động, máy tính và thiết bị hỗ trợ khác. 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. Công nghệ này thường được
sử dụng để truyền thông giữa 2 loại thiết bị khác nhau.
1.4 Đặc điểm của công nghệ Bluetooth
4
CHƢƠNG II: HỆ THỐNG ĐỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN
THÔNG QUA BLUETOOTH
2.1 Sơ đồ khối hệ thống
Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống.
Chức năng của các khối:
- Khối nguồn 220V: Cung cấp nguồn cho các thiết bị hoạt động.
- Khối điện thoại: Là điện thoại di động (hệ điều hành Android).
Với phần mềm được lập trình riêng dành cho việc điều khiển các
thiết bị điện.
- Khối Arduino Uno R3: Nhận tín hiệu từ khối Bluetooth HC05,
sau đó xử lý tín hiệu nhận được. Tín hiệu thu sau khi được xử lý
thì đưa sang khối thực hiện lệnh.
- Khối thực hiện lệnh (Khối điều khiển Relay, khối Relay, khối
thiết bị): Thực hiện các lệnh của bộ xử lý để đóng mở relay.
5
2.2 Linh kiện
Qua tìm hiểu về các hệ thống điều khiển thông minh không
dây thông qua Bluetooth và hệ thống điện trong nhà. Các linh kiện
cần có để thực hiện bài đồ án của em như sau:
- Module Bluetooth HC05.
- Module Arduino Uno R3.
- Module giảm áp LM2596.
- IC đệm dòng ULN2803.
- Adapter 12V2A và đế nguồn 12V.
- Relay 5 chân (Role 12V).
- Domino 2.
- Hệ điều hành Android (điện thoại di động có cài đặt phần mềm
tương thích).
- Đèn LED.
- Điện trở 1,2K.
- Quạt tản nhiệt 12V (mô phỏng thay thế cho các thiết bị khác: ti
vi, tủ lạnh, điều hòa, máy giặt, …).
2.2.1 Module Bluetooth HC05
Hình 2.2 Module Bluetooth HC-05.
6
Hình 2.3 Sơ đồ chân module Bluetooth HC-05.
Hoạt động của module Bluetooth HC-05:
Module Bluetooth là thiết bị không dây cho phép các thiết bị
điện và các thiết bị điện tử có thể giao tiếp bằng sóng vô tuyến trong
phạm vi ngắn và trong bằng tần từ 2,4 GHz đến 2,485 GHz. Module
Bluetooth HC-05 được thiết kế để hoạt động trên 79 tần số đơn lẻ
khác nhau. Sau khi được kết nối, Bluetooth sẽ tự tìm ra tần số tương
thích với nó, sau đó nó sẽ di chuyển tới các thiết bị Bluetooth đó
trong khoảng cách nhất định để việc kết nối không bị gián đoạn.
Về khoảng cách giữa các thiết bị Bluetooth thì còn phụ thuộc
vào công suất. Gồm 3 loại:
- Loại thứ nhất có công suất 100 mW sẽ phủ sóng được trong
khoảng cách 100m.
- Loại thứ 2 có công suất 2,5 mW thì tầm phủ sóng chỉ khoảng
10m.
- Loại thứ 3 có công suất 1 mW chỉ có thể kết nối trong phạm vi
5m.
Vấn đề bảo mật trong Bluetooth:
7
Về tính bảo mật thì Bluetooth cũng rất quan tâm vì nó cũng
là 1 thiết bị để truyền thông tin. Để có thể an toàn thì khi các thiết bị
Bluetooth kết nối với nhau phải có mật khẩu riêng mà chỉ có các
thiết bị được trao đổi biết mật khẩu này.
Tùy thuộc vào cấu hình Bluetooth mà các ký tự mật khẩu
của Bluetooth có thể ngắn hay dài.
2.2.2 Module Arduino Uno R3
Hình 2.4 Arduino Uno R3.
Arduino UNO R3 có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8 bit là
ATmega8, ATmega168 và ATmega328. Bộ não này có thể xử lý các
tác vụ đơn giản như điều khiển đèn led nhấp nháy, xử lý tín hiệu cho
xe điều khiển từ xa, làm 1 trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên
màn hình…
Arduino UNO thường dùng là 1 bo mạch vi điều khiển dựa
trên chip ATmega328P. UNO có 14 chân I/O digital (trong đó có 6
chân xuất xung PWM), 6 chân input analog, 1 thạch anh 16 MHz, 1
cổng USB, 1 jack nguồn DC và 1 nút reset.
8
Hình 2.5 Các phần cứng của Module Arduino Uno R3.
- Chân xuất tính hiệu ra: Có tất cả 14 chân xuất tín hiệu ra trong
Arduino Uno, những chân có dấu “~” là những chân có thể băm
xung (PWM), tức là có thể điều khiển tốc độ động cơ hoặc độ
sáng của đèn.
- IC ATmega328: là trung tâm xử lý của bo mạch Arduino. IC
được sử dụng trong việc thu thập dữ liệu từ cảm biến, xử lý dữ
liệu, xuất tính hiệu ra, …
- Chân ISCP của ATmega328: Các chân ISCP của ATmega328
được sử dụng cho các giao tiếp SPI (Serial Peripheral Interface),
một số ứng dụng của Android có sử dụng chân này.
- Các chân lấy tín hiệu Analog: Có tất cả 6 chân tín hiệu Analog
từ A0 tới A5.
9
- Chân cấp nguồn cho cảm biến: Các chân này dùng để cấp
nguồn cho các thiết bị bên ngoài như role, cảm biến, RC servo,
…
- Các linh kiện khác trên bo mạch Arduino: Ngoài các linh kiện
được liệt kê ở trên, Arduino Uno còn có một số linh kiện đáng
chú ý khác. Trên bo có tất cả 4 đèn led bao gồm 1 led nguồn, 2
led TX và RX, 1 led L. Các led TX và RX sẽ nhấp nháy khi có
dữ liệu truyền từ board lên máy tính và ngược lại thông qua cổng
USB. Led L được kết nối với chân số 13, led này được gọi là Led
on Board giúp người dùng có thể thực hành các bài đơn giản mà
không cần sử dụng led bên ngoài.
Trong 14 chân ra của bo còn có 2 chân 0 và 1 có thể truyền
nhận dữ liệu nối tiếp TTL. Có một số ứng dụng cần sử dụng đến tính
năng này, ví dụ như ứng dụng điều khiển mạch Arduino Uno qua
điện thoại sử dụng module Bluetooth HC-05. Thêm vào đó, chân 2
và 3 cũng được sử dụng cho lập trình ngắt (interrupt), đồng thời còn
một vài chân khác có thể được sử dụng cho các chức năng khác.
Hình 2.6 Sơ đồ cấu trúc của Arduino Uno R3.
10
Có hai cách cấp nguồn chính cho bo mạch Arduino Uno:
- Thông qua cổng USB.
- Thông qua jack DC.
Giới hạn điện áp cấp cho Arduino Uno là từ 6 – 20V. Tuy
nhiên giải điện áp khuyên dùng là 7 – 12V vì nếu nguồn cấp dưới 7V
thì điện áp ở “chân 5V” có thể thấp hơn 5V và mạch hoạt động
không ổn định, nếu cấp nguồn lớn hơn 12V có thể gây nóng bo mạch
hoặc phá hỏng.
Các chân nguồn trên Arduino Uno:
- Vin: Chúng ta có thể cấp nguồn cho Arduino thông qua chân
này.
5V. -
3,3V. -
- GND: chân đất.
Vi điều khiển ATmega 328P:
Hình 2.7 Sơ đồ chân của vi điều khiển ATmega328P
11
2.2.3 Module giảm áp LM2596
Hình 2.8 Module giảm áp LM2596.
LM2596 là module giảm áp có khả năng điều chỉnh được
dòng ra đến 3A. LM2596 là IC nguồn tích hợp đầy đủ bên trong. Khi
cấp nguồn 9V vào module, sau khi giảm áp ta có thể nhận được
nguồn 3A < 9V như 5V hay 3,3V.
2.2.4 IC đệm dòng ULN2803
2.2.5 Relay 5 chân 12V
2.2.6 CO32 Domino 2 – Nối nguồn 2 chân
2.2.7 Hệ thống App Android
12
Hình 2.16 Giao diện app Android kết nối với module HC-05.
2.2.8 Các thiết bị khác
2.3 Nạp code cho module Arduino Uno R3
2.4 Mô tả hệ thống và nguyên lý làm việc
Hình 2.21 Mạch in
13
Hình 2.22 Hệ thống điều khiển thiết bị điện trong nhà thông qua
Bluetooth.
- Kết nối các thiết bị điện với Relay.
- Kết nối các Relay với khối điều khiển là bo mạch Arduino Uno
R3.
- Kết nối khối thu module Bluetooth HC-05 với điều khiển
Arduino Uno R3.
- Kết nối thiết bị module giảm áp LM2596 với Arduino và
ULN2803 với Relay.
- Cấp nguồn cho các thiết bị.
- Bật điện thoại Android đả cài đặt phần mềm tương ứng.
- Bật Bluetooth của điện thoại, tìm kiếm và kết nối với thiết bị
Bluetooth có tên là HC05. Nhập mật khẩu kết nối là “1234”.
- Sau khi đã được kết nối, đèn báo hiệu của module Bluetooth HC-
05 sẽ tắt thông báo là đã kết nối thành công.
- Sau khi thực hiện xong các bước trên thì ta sẽ tiến hành điều
khiển các thiết bị bằng các nút biểu tượng trên màn hình điện
thoại Android.
14
- Với các biểu tượng “bật port 1” – “bật port 8” thì các thiết bị
tương đương sẽ được bật lên. Ngược lại, với các biểu tượng “tắt
port 1” – “tắt port 8” thì các thiết bị tương đương sẽ bị tắt.
15
CHƢƠNG III: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐIỀU
KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA HỆ THỐNG
BLUETOOTH
3.1 Chế tạo mô hình
Hình 3.2 Xây dựng mô hình
16
Hình 3.3 Lắp đặt hệ thống vào mô hình.
3.2 Kết quả đạt đƣợc
- Hình 3.4 Hoàn tất sản phẩm.
3.3 Ƣu và nhƣợc điểm của sản phẩm
3.4 Đánh giá kết quả thực hiện
17
KẾT LUẬN
Mô hình điều khiển thiết bị điện trong phòng thông qua hệ
thống Bluetooth đã hoạt động và đạt kết quả tốt. Trong quá trình làm
đồ án em đã tìm hiểu thêm về chức năng của các module sử dụng và
có thể ứng dụng được rất nhiều việc trong cuộc sống. Em hi vọng có
thể ứng dụng các module và hệ thống trên vào thực tiễn cuộc sống
chứ không đơn thuần là chỉ trên mô hình.
Đồ án tốt nghiệp của em được thực hiện dưới sự cố gắng nỗ
lực của bản thân và sự chỉ bảo tận tình của giáo viên hướng dẫn. Tuy
nhiên, những sai sót và khuyết điểm trong bài đồ án của em là không
thể không tránh khỏi. Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy
cô giáo trong hội đồng cũng như các bạn để đồ án của em được hoàn
thiện hơn.
