ĐIỀU KHIỂN THIẾT bị điện BẰNG ARDUINO và cảm BIẾN BLUETOOTH HC 05

Nghiên cứu Module Bluetooth HC-05: các thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt
động của module HC-05.
Arduino Uno R3: thiết kế hệ thống sử dụng để giao tiếp module Bluetooth, điều khiển các thiết bị

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG


TÊN ĐỀ TÀI :
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN BẰNG ARDUINO
VÀ CẢM BIẾN BLUETOOTH HC - 05

SVTH : NGUYỄN VĂN HỬU BẰNG

MSSV :1900103

GVHD : Th.S HUỲNH PHÁT TRIỂN

Để có thể nắm rõ hơn những kiến thức về ngành đã học, tôi đã chọn nghiên cứu
và thực hiện đề tài: “Điều khiển thiết bị điện bằng Arduino và cảm biến Bluetooth
HC – 05”. Nội dung của đề tài nghiên cứu được tóm tắt như sau:
1


Nghiên cứu Module Bluetooth HC-05: các thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt
động của module HC-05.
Arduino Uno R3: thiết kế hệ thống sử dụng để giao tiếp module Bluetooth, điều khiển các thiết bị

Cần Thơ, ngày….. tháng…… năm……

Để có thể nắm rõ hơn những kiến thức về ngành đã học, tôi đã chọn nghiên cứu

và thực hiện đề tài: “Điều khiển thiết bị điện bằng Arduino và cảm biến Bluetooth
HC – 05”. Nội dung của đề tài nghiên cứu được tóm tắt như sau:
2


Nghiên cứu Module Bluetooth HC-05: các thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt
động của module HC-05.
Arduino Uno R3: thiết kế hệ thống sử dụng để giao tiếp module Bluetooth, điều khiển các thiết bị

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG


NGUYỄN VĂN HỬU BẰNG

ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN BẰNG
ARDUINO VÀ CẢM BIẾN BLUETOOTH
HC - 05

Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
MSSV: 1900103

Để có thể nắm rõ hơn những kiến thức về ngành đã học, tôi đã chọn nghiên cứu
và thực hiện đề tài: “Điều khiển thiết bị điện bằng Arduino và cảm biến Bluetooth
HC – 05”. Nội dung của đề tài nghiên cứu được tóm tắt như sau:


Nghiên cứu Module Bluetooth HC-05: các thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt
động của module HC-05.
Arduino Uno R3: thiết kế hệ thống sử dụng để giao tiếp module Bluetooth, điều khiển các thiết bị

Cần Thơ, ngày….. tháng…… năm……

Để có thể nắm rõ hơn những kiến thức về ngành đã học, tôi đã chọn nghiên cứu
và thực hiện đề tài: “Điều khiển thiết bị điện bằng Arduino và cảm biến Bluetooth
HC – 05”. Nội dung của đề tài nghiên cứu được tóm tắt như sau:


Nghiên cứu Module Bluetooth HC-05: các thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt
động của module HC-05.
Arduino Uno R3: thiết kế hệ thống sử dụng để giao tiếp module Bluetooth, điều khiển các thiết bị

Lời cảm ơn
Trong thời gian thực hiện nghiên cứu và hoàn thành đồ án: “ Điều Khiển thiết bị
điện bằng arduino và cảm biến bluetooth HC-05” Tôi rất cảm ơn thầy Huỳnh Phát
Triển hướng dẫn nhiệt tình, thân thiệt và đưa ra những đóng góp giúp đỡ tôi trong thời
gian thực hiện đồ án. Nhờ Thầy đã cho tơi biết thêm nhiều kiến thức, nhưng trong q
trình thực hiện đề tài tơi cịn khá nhiều hạn chế về kiến thức, khơng thể tránh những sai
sót trong q trình hồn thiện, kính mong có thể nhận được nhiều sự đóng góp ý kiến
từ Thầy để tơi biết thêm nhiều kiến thức và có thể hồn thành tốt nhất cho những đồ án
sau.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy!

Để có thể nắm rõ hơn những kiến thức về ngành đã học, tôi đã chọn nghiên cứu
và thực hiện đề tài: “Điều khiển thiết bị điện bằng Arduino và cảm biến Bluetooth
HC – 05”. Nội dung của đề tài nghiên cứu được tóm tắt như sau:


Nghiên cứu Module Bluetooth HC-05: các thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt
động của module HC-05.

Arduino Uno R3: thiết kế hệ thống sử dụng để giao tiếp module Bluetooth, điều khiển các thiết bị

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng đồ án tơi làm là cơng trình nghiên cứu của bản thân
mình. Những phần có sử dụng tài liệu tham khảo có trong đồ án đã được liệt kê và nêu
rõ ra tại phần tài liệu tham khảo. Những kết quả và đánh giá đồ án là hoàn toàn khách
quan và trung thực, không sao chép đạo nhái.
Nếu như sai tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm và chịu tất cả các kỷ luật của bộ
môn cũng như nhà trường đề ra.
Người thực hiện đồ án
Bằng
Nguyễn Văn Hửu Bằng

Để có thể nắm rõ hơn những kiến thức về ngành đã học, tôi đã chọn nghiên cứu
và thực hiện đề tài: “Điều khiển thiết bị điện bằng Arduino và cảm biến Bluetooth
HC – 05”. Nội dung của đề tài nghiên cứu được tóm tắt như sau:


Nghiên cứu Module Bluetooth HC-05: các thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt
động của module HC-05.
Arduino Uno R3: thiết kế hệ thống sử dụng để giao tiếp module Bluetooth, điều khiển các thiết bị

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ về kỹ thuật lẫn công nghệ cũng từ đó
nhu cầu về các bộ điều khiển thiết bị từ xa thay thế cho các hệ thống dây phức tạp
ngày càng được ưa chuông và áp dụng rộng rãi. Vì thế, cơng nghệ khơng dây đã ra
đời và phát triển mạnh mẽ, góp phần cải thiện thêm nhiều tiện ích vào đời sống sinh
hoạt hằng ngày và cũng từ đó góp cơng to lớn trong việc phát triển các hệ thống
điều khiển, giám sát từ xa, đặc biệt là các hệ thống thơng minh. Hiện nay, có khá
nhiều cơng nghệ khơng dây như Wifi, Bluetooth, RF,…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 thì chưa có
nhiều bộ điều khiển thiết bị khơng dây, nhưng đa số các sản phẩm hiện có trên thị
trường đều là nhập khẩu từ nước ngoài với giá thành khá cao. Vì vậy việc nghiên
cứu và thiết kế một bộ điều khiển thiết bị khơng dây có một ý nghĩa lớn, giúp tăng
thêm sự lựa chọn cho người sử dụng, sản phẩm được sản xuất trong nước nên giá
thành rẻ và góp phần phát triển các hệ thống thơng minh. Do đó, Tơi quyết định
thực hiện đề tài: “Mạch điều khiển thiết bị điện bằng Arduino và cảm biến
Bluetooth HC-05 ”. Đề tài ứng dụng công nghệ Bluetooth phổ biến trên nhiều thiết
bị, đặc biệt điểm mới của đề tài so với các sản phẩm hiện có là điều khiển thông
qua hệ điều hành Android giúp tận dụng những thiết bị sử dụng hệ điều hành
Android có sẵn của người dùng giúp giảm giá thành sản phẩm, ngồi ra với màn
hình hiển thị lớn của điện thoại cho phép hiển thị nhiều thơng tin hơn.

Để có thể nắm rõ hơn những kiến thức về ngành đã học, tôi đã chọn nghiên cứu
và thực hiện đề tài: “Điều khiển thiết bị điện bằng Arduino và cảm biến Bluetooth
HC – 05”. Nội dung của đề tài nghiên cứu được tóm tắt như sau:


Nghiên cứu Module Bluetooth HC-05: các thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt
động của module HC-05.
Arduino Uno R3: thiết kế hệ thống sử dụng để giao tiếp module Bluetooth, điều khiển các thiết bị

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.............................................................................................. 3
LỜI CAM ĐOAN......................................................................................... 4
TĨM TẮT ĐỒ ÁN....................................................................................... 5
MỤC LỤC HÌNH.........................................................................................8
CHƯƠNG MỞ ĐẦU.......................................................................................... 9
I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.......................................................................... 9

II. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU................................................................... 9
III. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU........................................ 9
IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU........................................................... 10
V. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN............................................. 10
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI..........................................................11
1.1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢT VỀ ĐỀ TÀI.....................................................11
1.1.1 Ý tưởng chọn đề tài................................................................11
1.1.2 Các sản phẩm cùng loại có trên thị trường.............................. 11
1.1.3 Sơ đồ hệ thống........................................................................12
1.2 CÔNG NGHỆ BLUETOOTH................................................................ 13
1.2.1 Khái niệm............................................................................... 13
1.2.2 Lịch sử phát triển.................................................................... 14
1.2.3 Ưu nhược điểm.......................................................................15
1.2.4 Hoạt động và ứng dụng...........................................................15
CHƯƠNG 2: LINH KIỆN THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU................................. 17
2.1 ARDUINO UNO R3..............................................................................17
2.2 MODULE BLUETOOTH HC-05...........................................................19
2.3 MODLUE GIẢM ÁP LM2596...............................................................21
2.4 MODULE IC 2803.................................................................................22
2.5 RELAYY 12V – 10A..............................................................................23
2.6 ĐIỆN TRỞ VÀ LED 10K......................................................................23
Để có thể nắm rõ hơn những kiến thức về ngành đã học, tôi đã chọn nghiên cứu
và thực hiện đề tài: “Điều khiển thiết bị điện bằng Arduino và cảm biến Bluetooth
HC – 05”. Nội dung của đề tài nghiên cứu được tóm tắt như sau:


Nghiên cứu Module Bluetooth HC-05: các thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt
động của module HC-05.
Arduino Uno R3: thiết kế hệ thống sử dụng để giao tiếp module Bluetooth, điều khiển các thiết bị

CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TỪ XA..........................24
3.1 MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TỪ XA.....................................24
3.1.1 Khối nguồn................................................................................24
3.1.2 Khối module bluetooth.............................................................. 24
3.1.3 Khối điều khiển ngõ ra.............................................................. 24
3.1.4 Khối xử lí trung tâm.................................................................. 24
3.1.5 Khối điều khiển từ xa................................................................ 24
3.2 SƠ ĐỒ KHỐI.......................................................................................... 25
3.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG.................................................................26
3.4 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT......................................................................... 26
3.5 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ............................................................................28
3.6 MẠCH IN............................................................................................... 28
3.7 MẠCH IN 3D......................................................................................... 29
3.8 MẠCH THỰC TẾ..................................................................................29
3.9 VIẾT CHƯƠNG TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN.................................30
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI......................34
4.1 KẾT LUẬN............................................................................................ 34
4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI........................................................... 34
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................. 35

Để có thể nắm rõ hơn những kiến thức về ngành đã học, tôi đã chọn nghiên cứu
và thực hiện đề tài: “Điều khiển thiết bị điện bằng Arduino và cảm biến Bluetooth
HC – 05”. Nội dung của đề tài nghiên cứu được tóm tắt như sau:


MỤC LỤC HÌNH
Hình 1.2 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG................................................................................13
Hình 1.2.4 ỨNG DỤNG CỦA BLUETOOTH.......................................................16
Hình 2.1 ARDUINO UNO R3...............................................................................17
Hình 2.2 MẠCH BLUETOOTH HC-05.................................................................19

Hình 2.3 MẠCH GIẢM ÁP LM2596.....................................................................21
Hình 2.4 IC 2803....................................................................................................22
Hình 2.5 RELAY 12V – 10A.................................................................................22
Hình 2.6 LED VÀ ĐIỆN TRỞ...............................................................................23
Hình 3.1.5 HÌNH ẢNH PHẦN MỀM....................................................................25
Hình 3.2 SƠ ĐỒ KHỐI..........................................................................................25
Hình 3.3.1 LƯU ĐỒ TRÊN ARDUINO................................................................26
Hình 3.3.2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT TRÊN ĐIỆN THOẠI....................................27
Hình 3.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ.............................................................................28
Hình 3.5 MẠCH IN................................................................................................28
Hình 3.6 MẠCH IN 3D..........................................................................................29
Hình 3.7 MẠCH THỰC TẾ...................................................................................29


CHƯƠNG MỞ ĐẦU
Để có thể nắm rõ hơn những kiến thức về ngành đã học, tôi đã chọn nghiên cứu
và thực hiện đề tài: “Điều khiển thiết bị điện bằng Arduino và cảm biến Bluetooth
HC – 05”. Nội dung của đề tài nghiên cứu được tóm tắt như sau:
I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
Hiện nay điện thoại thông minh ngày càng phổ biến, hệ điều hành Android
được xây dựng và phát triển liên tục với các chia sẻ về mã nguồn mở, việc sử dụng
SmartPhone để điều khiển, giám sát thiết bị đang là một xu hướng. Nên tôi quyết định
thực hiện đề tài: “ Điều khiển thiết bị bằng Android và cảm biến Bluetooth”. Tôi
nghiên cứu về hệ điều hành Android, cách thức giao tiếp, điều khiển và thu thập dữ
liệu từ các thiết bị qua Bluetooth. Từ đó tơi sử dụng phần mềm có sẵn để điều khiển
chạy trên điện thoại Android. Tôi cũng thiết kế một phần cứng là một bộ điều khiển có
thể điều khiển tám thiết bị điện 220VAC khác nhau. Các module này có thể kết hợp
với nhau để mở rộng đối tượng điều khiển. Kết quả đề tài mang lại một bộ thiết bị
điều khiển thiết bị điện có thể được sử dụng trong một hộ gia đình hay một phịng
học,

…
II. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU:
Mục tiêu là tạo ra được một bộ điều khiển thiết bị điện có thể đóng ngắt từ xa
thay thế cho việc đóng ngắt truyền thống với một giá thành thấp hơn so với các sản
phẩm cùng loại trên thị trường, dễ dàng sử dụng đối với mọi lứa tuổi, tiết kiệm thời
gian và chi phí.
III. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:
Với đề tài điều khiển thiết bị điện bằng module Bluetooth này, sau quá trình
tìm hiểu và nghiên cứu về đề tài thì Tơi xác định các đối tượng cần nghiên cứu trong
đề tài là:
Công nghệ Bluetooth: khái niệm và các đặc điểm của công nghệ Bluetooth, các
chế độ kết nối, cách thức hoạt động.
Nghiên cứu Module Bluetooth HC-05: các thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt
động của module HC-05.
Arduino Uno R3: thiết kế hệ thống sử dụng để giao tiếp module Bluetooth,
điều khiển các thiết bị.


Hệ điều hành Android: Sử dụng phần mềm Arduino Bluetooth control 8
lamp để điều khiển thiết bị.
Ngồi ra, cịn có một số linh kiện phụ khác như: relay, resistor, led 5mm,
…
IV. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Dựa trên những kiến thức đã học về giao tiếp Arduino, cảm biến và giao tiếp
với điện thoại cùng với sự tìm tịi, học hỏi và tổng hợp các kiến thức từ nhiều nguồn
tài liệu khác để thực hiện đề tài được tối ưu nhất.
V. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN:
Đề tài là sự tích lũy những kiến thức lý thuyết đã học và thực mơ hình để tạo
ra sản phẩm có thể ứng dụng thực tế giúp sinh viên nâng cao tay nghề và nắm vững
được các nguyên lý, các hoạt động của các thiết bị và mạch.

Bố cục đề tài được chia làm 4 phần như sau:
Chương 1: TỔNG QUAN.
Chương 2: LINH KIỆN THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU.
Chương 3: MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TỪ XA.
Chương 4: ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.
1.1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ ĐỀ TÀI
1.1.1 Ý tưởng đề tài
Hiện nay điện thoại thông minh ngày càng phổ biến, hệ điều hành Androi được
xây dựng và phát triển liên tục với các chia sẽ về mã nguồn mở, việc sử dụng Smart
Phone để điều khiển, giám sát thiết bị đang là một xu hướng cực kì khoa học 4.0.
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ về kỹ thuật lẫn cơng nghệ cũng từ đó nhu cầu về
các bộ điều khiển thiết bị từ xa thay thế cho các hệ thống dây phức tạp ngày càng
được ưa chuông và áp dụng rộng rãi. Trên thị trường Việt Nam hiện nay thì chưa có
nhiều bộ điều khiển thiết bị khơng dây, đa số các sản phẩm hiện có trên thị trường đều
là nhập khẩu từ nước ngoài với giá thành khá cao. Vì vậy việc nghiên cứu và thiết kế
một bộ điều khiển thiết bị khơng dây có một ý nghĩa lớn, giúp tăng thêm sự lựa chọn
cho người sử dụng, sản phẩm được sản xuất trong nước nên giá thành rẻ và góp phần
phát triển các hệ thống thơng minh. Do đó, Tơi quyết định thực hiện đề tài: “Mạch
điều khiển thiết bị điện bằng Arduino và cảm biến Bluetooth HC-05 ”.
1.1.2 Các sản phẩm cùng loại có trên thị trường
Hiện nay trên thị trường có nhiều bộ điều khiển thiết bị từ xa điển hình như
một số bộ điều khiển bằng Wifi sử dụng ESP8266, hộp công tắc điều khiển từ xa 4
cổng HTC4W hay bộ điều khiển từ xa bestcon MCB1,…Với độ phủ sóng khá cao của
mạng lưới Wifi ở Việt Nam thì những bộ điều khiển như vậy mang lại nhiều tiện ích
cho con người như có thể điều khiển từ xa các thiết bị mà không bị giới hạn khoảng
cách, ghi nhớ được khoảng thời gian làm việc, tiết kiệm được thời gian và không gian
lắp đặt thích hợp với nhà thơng minh. Tuy nhiên, sự phức tạp về công nghệ lẫn thao

tác sử dụng đã gây ra một số ảnh hưởng đến cảm nhận người dùng, vấn đề an ninh
mạng, bảo mật dữ liệu riêng tư của người dùng không thực sự được đảm bảo như các
nhà sản xuất cam kết, gây ra mất lòng tin từ phía người dùng. Ngồi ra chi phí đầu tư
cao, tiêu tốn nhiều năng lượng, độ ổn định phụ thuộc vào mạng Wifi, khi mạng Wifi
chập chờn thì gây ra nhiều khó khăn cho việc điều khiển, hay trục trặc khi kết nối
nhiều công tắc vào bộ phát wifi và xảy ra độ trễ do phải đồng bộ qua máy chủ từ xa.
Đối với bộ điều khiển thiết bị bằng giọng nói thì bộ điều khiển này có thể bật


tắt thiết bị thơng qua Google Assistant có trên điện thoại Andoird, nghe thì có vẻ hấp
dẫn hơn nhiều với điều khiển bằng Bluetooth nhưng mặc hạn chế của của bộ điều
khiển này là hiện nay google chỉ hỗ trợ một số ngơn ngữ giao tiếp nhưng khơng có
tiếng việt. Nên vì thế ngơn ngữ có thể sự dụng tốt nhất với người việt là tiếng anh.
Đồng nghĩa với việc bạn phải chuyển dổi ngôn ngữ điện thoại sang English, điều này
gây ra khá nhiều bất tiện và hạn chế với nhiều đối tượng người dùng ở Việt Nam.
Đối với điều khiển thiết bị bằng sóng vơ tuyến (RF) là bộ điều khiển xuất hiện
đầu tiên, với loại điều khiển này thiết bị nó sử dụng ngun lí tương tự như điều khiển
bằng tia hồng ngoại nhưng thay vì gửi đi các tín hiệu ánh sáng, nó lại truyền tín hiệu
vô tuyến tương ứng với các lệnh nhị phân. Mặc dù có thể truyền và nhận tín hiệu đi xa
hơn bộ điều khiển thiết bị sử dụng module Bluetooth, nhưng nó dễ bị nhiễu sóng do
bên ngồi có nhiều thiết bị sử dụng các tần số khác nhau.
Với bộ điều khiển sử dụng module Bluetooth HC-05 tuy bị giới hạn về khoảng
cách điều khiển và số lượng người dùng hạn chế nhưng các vấn đề còn tồn đọng ở bộ
điều khiển trêm thì bộ điều khiển này điều có thể khắc phục một cách khá tốt.
Bluetooth là công nghệ được phát triển từ lâu và khá phổ biến đối với người dùng ở
Việt Nam. Với bộ điều khiển sử dụng module Bluetooth HC-05 thì có thể áp dụng ở
mọi nơi mà không sợ bị ảnh hưởng bởi đường truyền, công nghệ thì khơng phức tạp,
thao tác sử dụng dễ dàng phù hợp với nhiều lứa tuổi, tiết kiệm được nguồn tài ngun
và năng lượng tiêu hao. Ngồi ra, chi phí đầu tư thấp, độ bảo mật khá cao và có thể sử
dụng được trên hai dải tần số 2.400 GHz và 2.483 GHz (còn bộ điều khiển sử dụng

module Wifi chỉ sử dụng dải tần số 2.400 GHz). Đặc biệt hơn hết ở đề tài này có điểm
mới so với các sản phẩm cùng loại có trên thị trường là có thể điều khiển thơng qua hệ
thống Android sẵn có trên điện thoại mà không cần thông qua một phần mềm điều
khiển thứ ba (ví dụ như ESP2866 sử dụng app Blynk) nhờ vậy ít bị delay trong q
trình thao tác điều khiển và cũng giúp tận dụng những thiết bị Android sẵn có của
người dùng giúp giảm giá thành sản phẩm. Từ những lí do đó tơi quyết định chọn đề
tài: “điều khiển thiết bị điện từ bằng Arduino và cảm biến Bluetooth HC-05” để tạo ra
một sản phẩm với giả cả hợp lý và giúp người tiêu dùng có thêm nhiều lựa chọn và
góp phần phát triển hệ thống điều khiển.
1.1.3 Sơ đồ tổng quan của hệ thống


Hoạt động của hệ thống được thể hiện như hình 1.2

 Mô tả hoạt động của hệ thống:
o Phần phát tín hiệu điều khiển: Sau khi kết nối thành cơng, khi người dùng

on/off các cổng, thì sẽ được thể hiện trên giao diện điều khiển của phần
mềm. Tín hiệu điều khiển tương ứng với từng cổng sẽ được chuyển tiếp
đến bluetooth của điện thoại và phần bluetooth này sẽ bức xạ tín hiệu ra
bên ngồi.
o Phần thu tín hiệu điều khiển: Bên thu sẽ nhận được dữ liệu điều khiển, sau

đó đem dữ liệu đó đi phân tích dữ liệu điều khiển và thực hiện điều khiển
on hoặc off các cổng tương ứng với dữ liệu sau khi phân tích được. Đồng
thời save trạng thái của 8 cổng relay đó để đề phịng trường hợp mất điện
thì bộ điều khiển vẫn nhớ trạng thái của từng cổng để khi có để thực hiện
on hoặc off khi có điện như lúc chưa mất điện.
o Công nghệ Bluetooth

 Khái niệm
o Bluetooth là một đặc tả công nghiệp cho truyền thông không dây tầm gần

giữa các thiết bị điện tử. Công nghệ này hỗ trợ việc truyền dữ liệu qua
các khoảng cách giữa các thiết bị di động và cố định, tạo nên các mạng cá
nhân không dây (Wireless Pessonal Area Network-PANs).
o Công nghệ là một công nghệ dựa trên tần số vô tuyến và bất cứ một thiết

bị nào có tích hợp bên trong cơng nghệ này đều có thể truyền thơng 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. Cơng nghệ này thường được sử dụng để
tuyền thông giữa hai thiết bị khác nhau.


 Bluetooth có thể đạt được tốc độ truyền dữ lệu 1Mb/s. Bluetooth hỗ trợ tốc độ
truyền tải dữ liệu lên tới 720 Kbps trong phạm vi 10-100m. Khác với hệ thống
hồng ngoại, kết nối Bluetooth là vô hướng sử dụng giải tần 2,4 GHz.
 Lịch sử phát triển
o Bluetooth được phát triển bởi Ericsson ( hiện nay là sony Ericsson và

Ericsson Mobile Platforms), sau đó được chuẩn hóa bởi Bluetooth Special
Interest Group (SIG). Chuẩn được phát hành vào ngày 20 tháng 5 năm
1999. Ngày nay được công nhận hơn 1800 cơng ty trên tồn thế giới.
Được thành lập đầu tiên bởi Sony Ericsson, IBM, Inter, Toshiba và Nokia,
sau đó cùng sự tham gia của nhiều công ty với tư cách cộng tác viên hay
hỗ trợ. Bluetooth có chuẩn là IEEE 802.15.1.
o Bluetooth 1.0 (7/1999): Phiên bản đầu tiên được đưa ra thị trường với tốc

độ tối đa ban đầu là 1 Mbps. Tuy nhiên, trên thực tế tốc độ này chưa bao
giờ đạt quá mức 700 Kbps.
o Bluetooth 1.1(2001): Đánh dấu bước phát triển mới của công nghệ

Bluetooth trên nhiều lĩnh vực khác nhau dưới sự quan tâm của nhiều nhà
sản xuất mới.
o Bluetooth 1.2 (11/2003): Bắt đầu có nhiều tiến bộ đáng kể. Chuẩn này

hoạt động dựa tên băng tần 2.4 GHz và tăng cường kết nối thoại.
o Bluetooth 2.0 +ERD (2004): Bắt đầu nâng cao tốc độ và giảm thiểu một

mức năng lượng tiêu thụ so với trước đây. Tốc độ của chuẩn lên đến 2.1
Mbps với chế độ cải thiện kết nối truyền tải -ERD (Enhanced date rate).
o Bluetooth 2.1 +ERD (2004): Đây chính là thế hệ nâng cấp của Bluetooth

2.0 có hiệu năng cao hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.
o Bluetooth 3.0+HS (2008)L Có tốc độ truyền dữ liệu đạt tới mức 24 Mbps

– bằng sóng Bluetooth – High Speed, tương đương chuẩn Wifi thế hệ đầu
tiên, phạm vi hiệu quả nhất chỉ trong vòng 10m.
o Bluetooth 4.0(30/06/2010): Chuẩn Bluetooth mới nhất hiện nay, được gọi

bằng nhiều tên Bluetooth Low Enery (BLE) hay Bluetooth Smart.
Bluetooth 4.0 là phiên bản tối ưu nhất của chuẩn Bluetooth trước đó, cho
phép truyền tải tốc độ cao và tiêu tốn năng lượng thấp. Phiên bản này là sự


phối hợp các đặc tính tiên tiến của chuẩn Wifi thông thường với những
yếu tố cốt lõi của công nghệ Bluetooth.

 Ưu
nhược
điểm
Ưu
điểm:
 Tiêu thụ năng lượng thấp.
 Cho phép ứng dụng được nhiều loại thiết bị bao gồm các
thiết bị cầm tay và điện thoại di động.
 Giá thành ngày một giảm.
 Khoảng cách giao tiếp cho phép giữa hai thiết bị kết nối có thể lên
đến 100m.
 Bluetooth sử dụng băng tần 2.4 GHz, tốc độ truyền dữ liệu
có thể đạt tới mức tối đa 1 Mbps mà các thiết bị không cần
phải trực tiếp thấy nhau.
 Dễ dàng trong việc phát triển kế nối ứng dụng này với
ứng dụng khác thơng qua chuẩn Bluetooth, do đó có thể độc
lập về phần cứng cũng như hệ điều hành sử dụng.
 Tính tương thích cao, được nhiều nhà sản xuất phần cứng
cũng như phần mền hỗ trợ.
o Nhược điểm:

 Khoảng cách kết nối ngắn.
 Số lượng kết nối còn hạn chế
 Tốc độ truyền của Bluetooth không cao
 Bị nhiễu bởi một số thiết bị sử dụng sóng radio khác.
 Hạn chế về mặt kỹ thuật
 Hoạt động và
ứng dụng
Hoạt động:

o Bluetooth là chuẩn kết nối không dây tầm ngắn, thiết kế cho các kết nối

thiết bị cá nhân hay mạng cục bộ nhỏ trong phạm vi băng tần từ 2,.4 GHz
đến 2.485 Ghz. Bluetooth được thiết kế hoạt động trên 79 tần số đơn lẻ.


Khi kết nối, nó sẽ tự động tìm ra tần số tương thích để di chuyển đến thiết
bị cần kết nối trong khu vực nhằm đảm bảo sự liên tục.
o Ứng dụng:
o Bluetooth cho phép kế nối và trao đổi thông tin giữa các thiết bị nhưu

điện thoại di động, điện thoại cố định, laptop, PC, máy in, thiết bị định vị
dùng GPS, máy ảnh số và video game console.


o Các ứng dụng của Bluetooth nổi bật như sau:

 Điều khiển và giao tiếp không dây giữa smartphone và tai nghe không dây.
 Mạng không dây giữa các máy tính cá nhân trong một khơng gian hẹp địi hỏi ít
băng thông.
 Giao tiếp không dây với các thiết bị vào ra của máy tính, chằng hạn như chuột,
bàn phím và máy in.
 Truyền dữ liệu giữa các thiết bị dùng giao thưc OBEX.
 Thay thế các giao tiếp nối tiếp dùng dây truyền thống giữa các thiết bị đo, thiết bị
định vị GPS, thiết bị y tế, máy quét mã vạch và các thiết bị điều khiển giao
thông.
 Thay thế các điều khiển dùng tia hồng ngoại.
 Gửi các mẫu quảng cáo nhỏ từ các pa-nô quảng cáo đến các thiết bị dùng
Bluetooth khác.
 Điều khiển thiết bị từ xa cho các trò chơi điện tử, các thiết bị trong gia đình,…

 Kết nối Internet cho PC hoặc PDA bằng cách dùng điện thoại thơng minh thay
modem.

 Hình 1.2.4 ứng dụng của Bluetooth.


 CHƯƠNG 2: LINH KIỆN THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU
o LINH KIỆN ARDUINO VÀ DÂY KẾT NỐI.

Thơng số kĩ thuật:

Hình 2.1

o Vi điều khiển: ATmega 328 họ 8 bit
o Điện áp hoạt động: 5 VDC (chỉ được cấp qua cổng USB)
o Tần số hoạt động: 16 MHz
o Dòng tiêu thụ: 30 mA
o Điện áp vào khuyên dùng: 7-12 VDC
o Điện áp vào giới hạn: 6-20 VDC
o Số chân Digital I/O: 14 ( 6 chân hardware PWM)
o Số chân analog: 6 ( độ phân giải 10 bit)
o Dòng tối đa trên mỗi chân I/O: 30 mA
o Dòng ra tối đa (5V): 500mA
o Dòng ra tối đa (3.3V): 50mA
o Bộ nhớ flash: 32KB với 0.5KB dùng để bootloader
o SRAM: 2KB
o EEROM: 1KB
 Bộ nhớ:
o 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn 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.


o 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn

khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây. Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng
cần nhiều bộ nhớ RAM.
o Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà

bạn phải bận tâm. Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
o 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only

Memory): đâygiống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn 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.
o 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 khơng được kết nối).
 Ngõ ra I/O:
 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 nơm na chính là kết nối
Serial khơng dây. Nếu không cần giao tiếp Serial,
bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần
thiết

o 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.
o Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài

các chức năng thơng thường, 4 chân này cịn dùng để truyền phát dữ liệu
bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.


o 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.
o 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.
o MẠCH BLUETOOTH HC-05:
o Mạch thu phát Bluetooth HC-05 chính hãng có thiết kế nhỏ gọn với khả

năng cấu hình để có thể sử dụng ở cả hai chế độ là Master / Slave, mạch
có thể kết nối với máy tính hoặc Smartphone hỗ trợ chuẩn Bluetooth 2.0 +
EDR, thích hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau: Robot Bluetooth, điều
khiển thiết bị qua Bluetooth,....

Hình 2.2
 Chế độ hoạt động:
 Chế độ Data Mode HC-05 có thể hoạt động như một master hoặc slave tùy vào
việc bạn cấu hình.
 Chế độ slave: cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, USB Bluetooth để dị
tìm module sau đớ pair với mã PIN là 1234. Sau khi pair thành công, bạn đã có 1
cổng serial từ xa hoạt động ở baud rate 9600. Các lệnh ở chế độ slave:
o AT + ORGL: reset lại cài đặt mặc định.
o AT + RMAAD: xóa mọi thiết bị đã ghép nối
o AT + ROLE = 0: đặt lại chế độ slave.
o At + ADDR: hiển thị địa chỉ của slave.

 Chế độ master: module sẽ tự động dị tìm thiết bị Bluetooth khác (1 module HC06, USB Bluetooth, Bluetooth của laptop,..) cà tiến hành pair chủ động mà không
cần thiết lập từ máy tính hoặc smartphone. Các lệnh ở chế độ master:
o AT+ RMAAD: ngắt kết nối với các thiết bị đã ghép.