Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua bluetooth

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC
KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

TÊN ĐỀ TÀI:

CÔNG TẮC ĐIỀU KHIỂN BẰNG SMART PHONE
THÔNG QUA BLUETOOTH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
SINH VIÊN THỰC HIỆN
MÃ SỐ SINH VIÊN
LỚP

: TRẦN HỒNG VĂN
: MAI VĂN KIÊN
: 1351DT1589
: CĐ13ĐT3

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 08/2016


UBND TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG CAO ĐẲNG
CƠNG NGHỆ THỦ ĐỨC

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

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Họ và tên sinh viên : MAI VĂN KIÊN
MSSV

: 1351DT1589

Lớp

: CĐ13ĐT3

Tên đề tài
: CÔNG TẮC ĐIỀU KHIỂN BẰNG SMART PHONE
THÔNG QUA BLUETOOTH

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI
TT

Nội dung

1

Tìm hiểu vi điều khiển PIC16F688

2

Tìm hiểu chuẩn giao tiếp UART

3
4

Tìm hiểu Module Bluetooth HC05
Tìm hiểu module bàn phím cảm ứng chạm TTP223

5

Thiết kế và thi cơng phần cứng công tắc điều khiển bằng smart phone thông
qua bluetooth
Lập trình (vi điều khiển và smart phone) cho phần cứng

6

Ngày giao đề tài: 18/02/2016
SINH VIÊN THỰC HIỆN

Ngày hoàn thành: 24/07/2016
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN


Đề tài nghiên cứu khoa học

LỜI CAM KẾT
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng
tơi. Các số liệu sử dụng phân tích trong đề tài có nguồn gốc rõ ràng, đã cơng bố theo
đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu trong đề tài do tơi tự tìm hiểu, phân tích một
cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn , q trình làm phần cứng
khơng nhờ bất cứ thành viên nào khác mà do chính tơi tự làm cho đến khi đề tài
được hoàn thiện. Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu
nào khác.

Sinh viên thực hiện

Mai Văn Kiên

Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang iii


Đề tài nghiên cứu khoa học

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG NGHIỆM THU
. .................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang iv


Đề tài nghiên cứu khoa học

LỜI CẢM ƠN
Chân thành cảm ơn tới ban lãnh đạo nhà trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ
Đức, đặc biệt cảm ơn tới khoa Công nghệ Tự Động và khoa Điện _ Điện Tử đã tạo
điều kiện tốt nhất cho em nghiên cứu và hoàn thành đề tài.
Trong quá trình thực hiện đề tài, tuy rất cố gắng song do những hạn chế về
thời gian, kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế nên em cũng khơng tránh khỏi
nhiều thiếu sót. Em rất mong sự đóng góp của q thầy cơ và các bạn để đề tài
nghiên cứu khoa học của em được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em chân thành cảm ơn thầy: Trần Hồng Văn và các thầy cơ bộ
mơn đã hướng dẫn tận tình, giúp em hồn thành tốt đề tài này.

Đề tài: Cơng tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang v

Đề tài nghiên cứu khoa học

TÓM TẮT 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. Em quyết định
thực hiện đề tài: “CÔNG TẮC ĐIỀU KHIỂN BẰNG SMARTPHONE THÔNG
QUA BLUETOOTH”. Em 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 em xây
dựng

phần

mềm

điều

khiển

chạy

trên

điện

thoại

Android.

Em cũng thiết kế một phần cứng là một bộ điều khiển có thể điều khiển hai thiết bị

điện 220VAC khác nhau. Các module này có thể kết hợp với nhau để mở rộng đối
tượng điều khiển và được xây dựng trên nền tảng vi điều khiển PIC. Kết quả mang
lại của đề tài là một hệ thống hồn thiện gồm phần mềm và phần cứng có thể sử
dụng trong các hộ gia đình, các phịng nghiên cứu. (Khả năng ứng dụng của đề tài
là khoảng cách 10m đối với môi trường tối ưu ) .

Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang vi


Đề tài nghiên cứu khoa học

MỤC LỤC
LỜI CAM KẾT .......................................................................................... Trang iii
NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG NGHIỆM THU .................................................... iv
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ v
TÓM TẮT ĐỀ TÀI ............................................................................................... vi
MỤC LỤC ........................................................................................................... vii
DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................ ix
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ xi
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .............................................................................. - 1 1.1.

Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................... - 1 -

1.2.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài………………………………..- 1 -

1.3.

Mục tiêu nghiên cứu đề tài ...................................................................... - 2 -

1.4.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................ - 3 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu .................................................................... - 3 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu ....................................................................... - 3 -

1.5.

Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... - 3 -

1.6.

Kết cấu của đề tài..................................................................................... - 4 -

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN............................ - 5 2.1.

Vi điều khiển pic 16F688 ......................................................................... - 5 -

2.2.

Chuẩn giao tiếp UART ............................................................................ - 8 -

2.3.

Giới thiệu phần mềm lập trình FLOWCODE V5 ................................... - 13 -

2.4.

Giới thiệu tổng quan về sóng Bluetooth ................................................. - 16 -

2.5.

Một số đề tài và sản phẩm có trên thị trường…………………………- 18 -

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG .............................................................................. - 19 3.1.

Sơ đồi khối hệ thống .............................................................................. - 19 -

3.2.

Chức năng và hoạt động của các thành phần. ......................................... - 20 3.2.1. Khối nguồn .................................................................................. - 20 3.2.2. Module Bàn Phím Cảm Ứng Chạm TTP223 ................................ - 20 3.2.3. Khối thu tín hiệu Bluetooth ( Module Bluetooth HC05) ............... - 22 3.2.4. Khối xử lý tín hiệu ....................................................................... - 23 0. p hành.

Đề tài: Cơng tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang vii


Đề tài nghiên cứu khoa học

Khối chấp hành............................................................................................... - 24 3.2.5. Khối phát tín hiệu……………………………………………….- 243.3.

Tính tốn các linh kiện sử dụng trong mạch ........................................... - 25 -

3.4.

Sơ đồ nguyên lý và mạch in ................................................................... - 25 -

3.5.

Xây dựng chương trình điều khiển cho cơng tắc bằng smart phone thơng qua

sóng Bluetooth. ................................................................................................ - 26 3.5.1. Viết chương trình cho vi điều khiển ............................................. - 26 3.5.2. Phần mềm trên smart phone......................................................- 30 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM ..... Error! Bookmark not defined.
Error! Reference source not found.. ......................................................... Kết luận

Error! Boo

Error! Reference source not found.. ................................................. Thực nghiệm

Error! Boo

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN .............................................................................. - 35 5.1.

Kết luận ................................................................................................. - 35 -

5.2.

Hướng phát triển .................................................................................... - 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................... - 36 -

Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang viii


Đề tài nghiên cứu khoa học

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2. 1: Các thiết bị sử dụng vi xử lý.............................................................. - 5 Hình 2. 2: Hệ thống vi xử lý................................................................................ - 5 Hình 2. 3: Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F88. .................................................. - 6 Hình 2. 4: Truyền thơng nối tiếp khơng đồng bộ. ................................................ - 8 Hình 2. 5: Truyền 8 bit theo phương pháp song song và nối tiếp. ....................... - 9 Hình 2. 6: Sơ đồ chân cổng DB9 ...................................................................... - 11 Hình 2. 7: Nối dây cho cơ chế CTS/RTS, CTS/RTS XON/XOFF: ...................... - 12 Hình 2. 8: Nối dây cho cơ chế handshaking ...................................................... - 13 Hình 2. 9: Phần mềm Flowcode V5 .................................................................. - 14 Hình 2. 10: Mơ phỏng 3D ................................................................................. - 14 Hình 2. 11: Phần cứng có sẵn .......................................................................... - 15 Hình 3. 1: Sơ đồ khối hệ thống ......................................................................... - 19 Hình 3. 2: Module nguồn Hi Link .................................................................... - 20 Hình 3. 3: Các loại module bàn phím chạm ..................................................... - 20 Hình 3. 4: Sơ đồ nguyên lý của mạch điện ....................................................... - 21 Hình 3. 5: Module Bluetooth HC05. ................................................................ - 22 Hình 3. 6: Sơ đồ chân Module Bluetooth HC05. .............................................. - 23 Hình 3. 7: Khối chấp hành.............................................................................. - 24 Hình 3. 8: Sơ đồ nguyên lý hệ thống ............................................................... - 25 Hình 3. 9: Sơ đồ mạch in ................................................................................ - 26 Hình 3. 10: Lưu đồ giải thuật nhận tín hiệu Bluetooth .................................... - 27 Hình 3. 11: Lưu đồ giải thuật cảm biến chạm ................................................. - 28 Hình 3. 12: Lưu đồ giải thuật chương trình chính ........................................... - 29 Hình 3. 13: Cách tạo ứng dụng của phần mềm ................................................. - 30 Hình 3. 14: Giao diện phần mềm ...................................................................... - 30 Hình 3. 15: Giao diện viết ứng dụng ................................................................. - 31 Hình 3. 16: Tạo một dự án ................................................................................ - 31 Hình 3. 17: Tạo giao diện điều khiển ................................................................ - 32 Hình 3. 18: Chuyển thể block để lập trình các đối tượng .................................. - 32 Hình 3. 19: Viết lệnh cho các đối tượng điều khiển........................................... - 33 Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang ix

Đề tài nghiên cứu khoa học

Hình 3. 20: Phần mềm trên điện thoại .............................................................. - 33 Hình 4. 1: Sản phẩm hồn chỉnh....................................................................... - 34 Hình 4. 2: Q trình thực nghiệm. ................................................................... - 34 -

Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang x


Đề tài nghiên cứu khoa học

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
KÝ HIỆU

Ý NGHĨA

POR
PWRT
OST
BOR
WDT
ICSP
ULPWU
T1G
PC
LSB
MSB
DCD

RX
TX
DTR
GND
DSR

Power On Reset
Power up Timer
Oscillator Start-up Timer
Brown out Reset
Watchdog Timer
In-Circuit Serial Programming
Ultra Low-power Wake up input
Timer1 gate input
Program Counter
Least Significant Bit
Most Significant Bit
Data carrer Detect
Receive Data
Transmit Data
Data Terminal Ready
Signal Ground
Data Set Ready

Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang xi


Đề tài nghiên cứu khoa học

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài

+ Tính thời sự của đề tài: Theo thống kê năm 2014 Viêt Nam một trong những thị
trường sử dụng smartphone cao nhất, gần bắt kịp với các thị thường đã phát truyển
trong tương lai gần( năm 2014 người sữ dụng smartphone 52%). Theo thống kê của
Hiệp hội Mobile Marketing MMA Forum 2015( tổ chức ở TP HCM .Vào ngày
30/10). Dân số Việt Nam 90 triệu người nhưng có đến hơn 128 triệu th bao di
động. Bình quân trong nước 94% người có điện thoại di động. 67% có điện thoại
thơng minh (smartphone). Điện thoại thơng minh có nhiều mẫu mã với nhiều tính
năng vượt trội, về hệ số sóng bluetooth truyền dữ liệu được nâng lên tới chuẩn 4.0 .
+ Tính cấp thiết đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, nâng cao chất lượng
đào tạo.
Với một nước đã và đang phát truyển cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa trong nhiều
lĩnh vực , nghiên cứu thành cơng đề tài cũng góp một phần vào công cuộc tự động
của đất nước. Tạo một sản phẩm thông minh giá rẻ mang thương hiệu Việt Nam
cạnh tranh với các sản phẩm thông minh của các nước trên thế giới
+ Đề tài tạo một cơ hội mới cho kỹ sư tự động hóa về lắp đặt ,bảo trì về vận hành
ngơi nhà thơng minh trong thời gian tới.
+ Tạo một sản phẩm thông minh phục vụ cho thực tiển và nghiên cứu học tập, mở
ra nhiều đề tài thông minh ứng dụng cuộc sống lẩn trong học tập.
1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học:
- Đề tài mở ra một cách tiếp cận về công nghệ số( smart phone), công nghệ
chạm ,công nghệ không dây mà trên thế giới đang phát truyển nhanh chóng.
-

Đề tài góp một phần cơng nghệ khơng giây tạo tiền đề cho sự phát truyển các
sản phẩm ứng dụng thực tế không dây khác phục vụ vào đời sống.

-

Đề tài cũng cho chúng biết về một loại sóng với con người mà ít được sử
dụng, giúp khai thác hết được tính năng của loại sóng này.

Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang - 1 -


Đề tài nghiên cứu khoa học



Ý nghĩa thực tiễn
- Đề tài tạo ra một sản phẩm demo sinh viên thực hành tìm hiểu về sóng, nâng
cấp về sóng RF thường được biết đến.
-

Cung cấp cho sinh viên một tài liệu về công nghệ mới , giúp sinh viên mở ra
nhiều dự án mới ứng dụng từ đề tài.

-

Đề tài tạo ra một sản phẩm thương mại hóa ra thị trường phục vụ cho đời
sống xã hội.

1.3.

Là sản phẩm trong hệ thống công nghệ số mang thương hiệu Việt Nam.
Mục tiêu nghiên cứu đề tài

Các mục tiêu đặt ra khi thực hiện đề tài “ Công tắc điều khiển bằng smartphone
thông qua sóng Bluetooth” gồm:
+ Cũng cố lại được nội dung lý thuyết liên quan :
Đề tài liên quan trực tiếp đến môn vi điều khiển nâng cao, môn xung số, Điện tử cơ
bản, lý thuyết mạch, truyền số liệu …..
Ngoài ra trong quá trình thực hiện cũng tìm hiểu thêm các tài liệu lập trình ứng
dụng cho android, thiết kế mạch nguyên lý,thiết kế và làm mạch in…
+ Rèn luyện kỹ năng thực hành
Rèn luyện kỹ năng thực hành bao gồm : kỹ năng tìm hiểu thiết bị, phân tích lắp ráp
mạch…
+ Làm ra được sản phẩm thực:
Thực hiện đề tài không phải chỉ làm trên giấy hay chỉ ra mạch Demo, mục tiêu là
làm được sản phẩm thực chạy được trong nhà. Sản phẩm được sử dụng như một
công tắc điều khiển từ xa thay thế công tắc cơ khí truyền thống.
Sản phẩm tạo ra cần đạt một số yêu cầu sau:
- Chạy được : Điều khiển ON/OFF bật tắt bóng đèn ( mơi trường trong nhà )
- Mẫu mã tương đối đẹp gọn nhẹ
- Tiết kiệm

Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang - 2 -

Đề tài nghiên cứu khoa học

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
- Vi điều khiển PIC 16F688
- Module Bluetooth HC 05
- Module bàn phím cảm ứng chạm TTP223
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
- Vi điều khiển Pic 16f688
- Chuẩn URAT
- Phần mềm lập trình Plowcode V5
- Phần mềm và cách sử dụng phần mềm điện thoại.
1.5 . Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp phân loại, hệ thống hoá lý thuyết:
Phân loại là phương pháp sắp xếp các tài liệu khoa học một cách có hệ thống
theo từng mặt, từng đơn vị kiến thức, từng vấn đề khoa học có cùng dấu hiệu bản
chất, cùng một hướng phát triển.
Phân loại làm cho khoa học từ chỗ có kết cấu phức tạp trong nội dung thành
cái dễ nhận thấy, dễ sử dụng theo mục đích nghiên cứu của đề tài.
Hệ thống hoá là phương pháp sắp xếp tri thức theo hệ thống, giúp cho việc xem xét
đối tượng nghiên cứu đầy đủ và chi tiết, rỏ ràng hơn.
Phân loại và hệ thống hố ln đi liền với nhau, trong phân loại có yếu tố hệ thống
hố, hệ thống hóa phải dựa trên cơ sở phân loại.

Phương pháp phân tích tổng hợp tài liệu
Phân tích tài liệu là phương pháp nghiên cứu các văn bản, tài liệu bằng cách
phân tích chúng thành từng mặt, từng bộ phận để hiểu vấn đề một cách đầy đủ và
tồn diện, từ đó chọn lựa những thông tin cho đề tài nghiên cứu.
Phương pháp tổng hợp là liên kết từng mặt, từng bộ phận thông tin từ các lý thuyết

đã thu thập được để tạo ra một hệ thống lý thuyết mới, đầy đủ và sâu sắc về đề tài
cần nghiên cứu. Phân tích tài liệu chuẩn bị cho tổng hợp nhanh và chọn lọc đúng
thông tin cần thiết, tổng hợp giúp cho phân tích sâu sắc hơn.

Phương pháp Pilot
Phương pháp Pilot là phương pháp tiến hành xây dựng và thử nghiệm hệ thống
(áp dụng thử quy trình trong một quy mơ nhỏ) trước khi đưa hệ thống vào hoạt động
nhằm tìm ra các nhược điểm có thể mắc phải và tìm cách khắc phục để đưa hệ
thống ứng dụng vào thực tiễn.

Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang - 3 -


Đề tài nghiên cứu khoa học

1.6 Kết cấu của đề tài
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI
LỜI CAM KẾT
NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG NGHIỆM THU
LỜI CẢM ƠN
TĨM TẮT ĐỀ TÀI
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.3. Mục tiêu nghiên cứu đề tài

1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
1.5. Phương pháp nghiên cứu
1.6. Kết cấu của đề tài
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN
CHƯƠNG 3: NỘI DUNG
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
5.3. Kết luận
5.4. Hướng phát triển
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang - 4 -


Đề tài nghiên cứu khoa học

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN
2.1. Vi điều khiển pic 16F688
2.1.1. Giới thiệu
Vi xử lý có rất nhiều loại bắt đầu từ 4 bit cho đến 32 bit, vi xử lý 4 bit hiện
nay khơng cịn nhưng vi xử lý 8 bit vẫn cịn mặc dù đã có vi xử lý 64 bit.
Lý do sự tồn tại của vi xử lý 8 bit là phù hợp với một số yêu cầu điều khiển trong
công nghiệp. Các vi xử lý 32 bit, 64 bit thường sử dụng cho các máy tính vì khối
lượng dữ liệu của máy tính rất lớn nên cần các vi xử lý càng mạnh càng tốt.
Các hệ thống điều khiển trong công nghiệp sử dụng các vi xử lý 8 bit hay 16 bit như
hệ thống điện của xe hơi, hệ thống điều hòa, hệ thống điều khiển các dây chuyền

sản xuất,…

Hình 2. 1: Các thiết bị sử dụng vi xử lý.
Khi sử dụng vi xử lý thì phải thiết kế một hệ thống gồm có: Vi xử lý, có bộ
nhớ, các ngoại vi.

Hình 2. 2: Hệ thống vi xử lý.
Bộ nhớ dùng để lưu chương trình cho vi xử lý thực hiện và lưu dữ liệu cần
xử lý, các ngoại vi dùng để xuất nhập dữ liệu từ bên ngoài vào xử lý và điều khiển
trở lại. Các khối này liên kết với nhau tạo thành một hệ thống vi xử lý.
Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang - 5 -


Đề tài nghiên cứu khoa học

Yêu cầu điều khiển càng cao thì hệ thống càng phức tạp và nếu yêu cầu điều khiển
đơn giản thì hệ thống vi xử lý cũng phải có đầy đủ các khối trên.
Để kết nối các khối trên tạo thành một hệ thống vi xử lý đòi hỏi người thiết
kế phải rất hiểu biết về tất cả các thành phần vi xử lý, bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi.
Hệ thống tạo ra khá phức tạp, chiếm nhiều không gian, mạch in, và vấn đề chính là
địi hỏi người thiết kế hiểu thật rõ về hệ thống. Một lý do nữa là vi xử lý thường xử
lý dữ liệu theo byte hoặc word trong khi đó các đối tượng điều khiển trong cơng
nghiệp thường điều khiển theo bit.
Chính vì sự phức tạp nên các nhà chế tạo đã tích hợp bộ nhớ và một số các
thiết bị ngoại vi cùng với vi xử lý tạo thành một IC gọi là vi điều khiển –
Microcontroller.
Khi vi điều khiển ra đời đã mang lại sự tiện lợi là dễ dàng sử dụng trong điều
khiển công nghiệp, việc sử dụng vi điều khiển khơng địi hỏi người sử dụng phải

hiểu biết một lượng kiến thức quá nhiều như người sử dụng vi xử lý.
Phần tiếp theo chúng ta sẽ khảo sát vi điều khiển để thấy rõ sự tiện lợi trong điều
khiển.
Có rất nhiều hãng chế tạo được vi điều khiển, hãng sản xuất nổi tiếng là TI,
Microchip, ATMEL,.... tài liệu này sẽ trình bày vi điều khiển tiêu biểu là
PIC16F688 của MICROCHIP.
2.1.2. Cấu hình vi điều khiển PIC16F688

Hình 2. 3: Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F88.
Vi điều khiển PIC16F688 loại 14 chân, trong đó các chân đều tích hợp nhiều
chức năng, chức năng của từng chân được khảo sát theo port.
a. Chức năng các chân của portA
 Chân RA0/AN0/ULPWU/C1IN+ (13): có 4 chức năng:
 RA0: xuất/ nhập số - bit thứ 0 của port A.
 AN0: ngõ vào tương tự của kênh thứ 0.
 ULPWU (Ultra Low-power Wake up input): ngõ vào đánh thức CPU công
suất cực thấp.
 C1IN+ ngõ vào dương của bộ so sánh C1.
 Chân RA1/AN1/C1IN-/VREF/ICSPCLK (12): có 5 chức năng:
 RA1: xuất/nhập số - bit thứ 1 của port A.
Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang - 6 -


Đề tài nghiên cứu khoa học

 AN1: ngõ vào tương tự của kênh thứ 1.
 C1IN-: ngõ vào âm của bộ so sánh C1.
 CVREF: điện áp tham chiếu VREF ngõ vào bộ so sánh.

 ICSPCLK: xung clock lập trình nối tiếp.
 Chân RA2/AN2/T0CKI/INT/C10OUT (11): có 5 chức năng:
 RA2: xuất/nhập số - bit thứ 2 của port A.
 AN2: ngõ vào tương tự của kênh thứ 2.
 TOCKI: ngõ vào xung clock từ bên ngoài cho Timer0.
 INT: ngõ vào nhận tín hiệu ngắt ngồi.
 C1OUT: ngõ ra bộ so sánh 1.
 Chân RA3/MCLR/Vpp (4): có 3 chức năng:
 RA3: xuất/nhập số - bit thứ 3 của port A.
 MCLR: là ngõ vào reset tích cực mức thấp.
 VPP: ngõ vào nhận điện áp khi ghi dữ liệu vào bộ nhớ nội flash.
 Chân RA4/AN3/T1G/OSC2/CLROUT (3): có 5 chức năng:
 RA4: xuất/nhập số – bit thứ 4 của port A
 AN3: ngõ vào tương tự kênh thứ 3.
 T1G (Timer1 gate input): ngõ vào Gate cho phép time1 đếm dùng để đếm
độ rộng xung.
 OSC2: ngõ ra dao động thạch anh. Kết nối đến thạch anh hoặc bộ cộng
hưởng.
 CLKOUT: ở chế độ RC, ngõ ra của OSC2, bằng ¼ tần số của OSC1.
 Chân RA5/T1CKI/OSC1/CLKIN (2): có 4 chức năng:
 RA5: xuất/nhập số – bit thứ 5 của port A.
 T1CKI: ngõ vào xung clock từ bên ngoài Timer1.
 OSC1: ngõ vào dao động thạch anh hoặc ngõ vào nguồn xung ở bên
ngoài.
 CLKI: ngõ vào nguồn xung bên ngoài.
b. Chức năng các chân của portC
 Chân RC0/AN4/C2IN+ (10): có 3 chức năng:
 RC0: xuất/nhập số – bit thứ 0 của port C.
 AN4: ngõ vào tương tự kênh thứ 4.
 C2IN+: ngõ vào dương của bộ so sánh C2.

 Chân RC1/AN5/C2IN- (9): có 3 chức năng:
 RC1: xuất/nhập số – bit thứ 1 của port C.
 AN5: ngõ vào tương tự kênh thứ 5.
 C2IN-: ngõ vào âm thứ 2 của bộ so sánh.
 Chân RC2 /AN6 (8): có 2 chức năng:
 RC2: xuất/nhập số – bit thứ 2 của port C.
Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang - 7 -


Đề tài nghiên cứu khoa học

 AN6: ngõ vào tương tự kênh thứ 6.
 Chân RC3/AN7 (7): có 3 chức năng:
 RC3: xuất/nhập số – bit thứ 3 của port C.
 AN6: ngõ vào tương tự kênh thứ 6.
 Chân RC4/C2OUT/TX/CK (6): có 4 chức năng:
 RC4: xuất/nhập số – bit thứ 4 của port C.
 C2OUT: ngõ ra bộ so sánh 2.
 TX: ngõ ra phát dữ liệu trong chế độ truyền bất đồng bộ USART.
CK: ngõ ra cấp xung clock trong chế độ truyền đồng bộ USART.
 Chân RC5/RX/DT (5): có 3 chức năng:
 RC5: xuất/nhập số – bit thứ 5 của port C.
 RX: ngõ vào nhận dữ liệu trong chế độ truyền bất đồng bộ EUSART.
DT: ngõ phát và nhận dữ liệu ở chế độ truyền đồng bộ EUSART.
 Chân VDD (1): Nguồn cung cấp dương từ 2V đến 5V.
 Chân VSS (14): Nguồn cung cấp 0V.
2.2. Chuẩn giao tiếp UART
2.2.1. Truyền thông nối tiếp không đồng bộ.

Thuật ngữ USART trong tiếng anh là viết tắt của cụm từ: Universal
Synchronous & Asynchronous serial Reveiver and Transmitter, nghĩa là bộ truyền
nhận nối tiếp đồng bộ và không đồng bộ. Cần chú ý rằng khái niệm USART (hay
UART nếu chỉ nói đến bộ truyền nhận khơng đồng bộ) thường để chỉ thiết bị phần
cứng (device, hardware), không phải chỉ một chuẩn giao tiếp. USART hay UART
cần phải kết hợp với một thiết bị chuyển đổi mức điện áp để tạo ra một chuẩn giao
tiếp nào đó. Ví dụ, chuẩn RS232 (hay COM) trên các máy tính cá nhân là sự kết
hợp của chip UART và chip chuyển đổi mức điện áp. Tín hiệu từ chip UART
thường theo mức TTL: mức logic high là 5, mức low là 0V. Trong khi đó, tín hiệu
theo chuẩn RS232 trên máy tính cá nhân thường là -12V cho mức logic high và +12
cho mức low. Chú ý là các giải thích trong tài liệu này theo mức logic TTL của
USART, không theo RS232.

Hình 3.2.1. Tín hiệu tương đương của UART và RS232.

Hình 2. 4: Truyền thông nối tiếp không đồng bộ.
Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang - 8 -


Đề tài nghiên cứu khoa học

2.2.2. Truyền thông nối tiếp:
Giả sử bạn đang xây dựng một ứng dụng phức tạp cần sử dụng nhiều vi điều
khiển (hoặc vi điều khiển và máy tính) kết nối với nhau. Trong q trình làm việc
các vi điều khiển cần trao đổi dữ liệu cho nhau, ví dụ tình huống Master truyền lệnh
cho Slaver hoặc Slaver gửi tín hiệu thu thập được về Master xử lí…Giả sử dữ liệu
cần trao đổi là các mã có chiều dài 8 bits, bạn có thể sẽ nghĩ đến cách kết nối đơn
giản nhất là kết nối 1 PORT (8 bit) của mỗi vi điều khiển với nhau, mỗi line trên

PORT sẽ chịu trách nhiệm truyền/nhận 1 bit dữ liệu. Đây gọi là cách giao tiếp song
song, cách này là cách đơn giản nhất vì dữ liệu được xuất và nhận trực tiếp không
thông qua bất kỳ một giải thuật biến đổi nào và vì thế tốc độ truyền cũng rất nhanh.
Tuy nhiên, như bạn thấy, nhược điểm của cách truyền này là số đường truyền quá
nhiều, bạn hãy tưởng tượng nếu dữ liệu của bạn có giá trị càng lớn thì số đường
truyền cũng sẽ nhiều thêm. Hệ thống truyền thông song song thường rất cồng kềnh
và vì thế kém hiệu quả. Truyền thơng nối tiếp sẽ giải quyết vần đề này, trong tuyền
thông nối tiếp dữ liệu được truyền từng bit trên 1 (hoặc một ít) đường truyền. Vì lý
do này, cho dù dữ liệu của bạn có lớn đến đâu bạn cũng chỉ dùng rất ít đường
truyền. Hình 2.5 mơ tả sự so sánh giữa 2 cách truyền song song và nối tiếp trong
việc truyền con số 187 thập phân (tức 10111011 nhị phân).
1
0
1
1

uC1

1

uC2

uC1

10111011

uC2

0

,
1
1

Hình 2. 5: Truyền 8 bit theo phương pháp song song và nối tiếp.
Một hạn chế rất dễ nhận thấy khi truyền nối tiếp so với song song là tốc độ
truyền và độ chính xác của dữ liệu khi truyền và nhận. Vì dữ liệu cần được “chia
nhỏ” thành từng bit khi truyền/nhận, tốc độ truyền sẽ bị giảm. Mặt khác, để đảm
bảo tính chính xác của dữ liệu, bộ truyền và bộ nhận cần có những “thỏa hiệp” hay
những tiêu chuẩn nhất định. Phần tiếp theo trong chương này giới thiệu các tiêu
chuẩn trong truyền thông nối tiếp không đồng bộ. Khái niệm “đồng bộ” để chỉ sự
“báo trước” trong quá trình truyền. Lấy ví dụ thiết bị 1 (tb1) kết với với thiết bị 2
(tb2) bởi 2 đường, một đường dữ liệu và 1 đường xung nhịp. Cứ mỗi lần tb1 muốn
gửi 1 bit dữ liệu, tb1 điều khiển đường xung nhịp chuyển từ mức thấp lên mức cao
báo cho tb2 sẵn sàng nhận một bit. Bằng cách “báo trước” này tất cả các bit dữ liệu
Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang - 9 -


Đề tài nghiên cứu khoa học

có thể truyền/nhận dễ dàng với ít “rủi ro” trong q trình truyền. Tuy nhiên, cách
truyền này địi hỏi ít nhất 2 đường truyền cho 1 q trình (send or receive). Giao
tiếp giữa máy tính và các bàn phím (trừ bàn phím kết nối theo chuẩn USB) là một ví
dụ của cách truyền thơng nối tiếp đồng bộ. Khác với cách truyền đồng bộ, truyền
thông “không đồng bộ” chỉ cần một đường truyền cho một q trình. “Khung dữ
liệu” đã được chuẩn hóa bởi các thiết bị nên không cần đường xung nhịp báo trước
dữ liệu đến. Ví dụ 2 thiết bị đang giao tiếp với nhau theo phương pháp này, chúng
đã được thỏa thuận với nhau rằng cứ 1ms thì sẽ có 1 bit dữ liệu truyền đến, như thế

thiết bị nhận chỉ cần kiểm tra và đọc đường truyền mỗi mili-giây để đọc các bit dữ
liệu và sau đó kết hợp chúng lại thành dữ liệu có ý nghĩa. Truyền thơng nối tiếp
khơng đồng bộ vì thế hiệu quả hơn truyền thơng đồng bộ (khơng cần nhiều lines
truyền). Tuy nhiên, để q trình truyền thành cơng thì việc tn thủ các tiêu chuẩn
truyền là hết sức quan trọng. Chúng ta sẽ bắt đầu tìm hiểu các khái niệm quan trọng
trong phương pháp truyền thơng này.
Baud rate (tốc độ Baud): như trong ví dụ trên về việc truyền 1 bit trong 1ms, bạn
thấy rằng để việc truyền và nhận không đồng bộ xảy ra thành cơng thì các thiết bị
tham gia phải “thống nhất” nhau về khoảng thời dành cho 1 bit truyền, hay nói cách
khác tốc độ truyền phải được cài đặt như nhau trước, tốc độ này gọi là tốc độ Baud.
Theo định nghĩa, tốc độ baud là số bit truyền trong 1 giây. Ví dụ nếu tốc độ baud
được đặt là 19200 thì thời gian dành cho 1 bittruyền là 1/19200 ~ 52.083us.
Frame (khung truyền): do truyền thông nối tiếp mà nhất là nối tiếp không đồng bộ
rất dễ mất hoặc sai lệch dữ liệu, q trình truyền thơng theo kiểu này phải tuân theo
một số quy cách nhất định. Bên cạnh tốc độ baud, khung truyền là một yếu tốc quan
trọng tạo nên sự thành công khi truyền và nhận. Khung truyền bao gồm các quy
định về số bit trong mỗi lần truyền, các bit “báo” như bit Start và bit Stop, các bit
kiểm tra như Parity, ngoài ra số lượng các bit trong một data cũng được quy định
bởi khung truyền. Hình 1 là một ví dụ của một khung truyền theo UART, khung
truyền này được bắt đầu bằng một start bit, tiếp theo là 8 bit data, sau đó là 1 bit
parity dùng kiểm tra dữ liệu và cuối cùng là 2 bits stop.
Start bit: start là bit đầu tiên được truyền trong một frame truyền, bit này có chức
năng báo cho thiết bị nhận biết rằng có một gói dữ liệu sắp được truyền tới. Ở
module USART trong AVR, đường truyền luôn ở trạng thái cao khi nghỉ (Idle), nếu
một chip AVR muốn thực hiện việc truyền dữ liệu nó sẽ gởi một bit start bằng cách
“kéo” đường truyền xuống mức 0. Như vậy, với AVR bit start là mang giá trị 0 và
có giá trị điện áp 0V (với chuẩn RS232 giá trị điện áp của bit start là ngược lại).
start là bit bắt buộc phải có trong khung truyền.
Data: data hay dữ liệu cần truyền là thơng tin chính mà chúng ta cần gởi và nhận.
Data khơng nhất thiết phải là gói 8 bit, với AVR bạn có thể quy định số lượng bit

của data là 5, 6, 7, 8 hoặc 9 (tương tự cho hầu hết các thiết bị hỗ trợ UART khác).
Trong truyền thơng nối tiếp UART, bit có ảnh hưởng nhỏ nhất (LSB – Least
Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang - 10 -


Đề tài nghiên cứu khoa học

Significant Bit, bit bên phải) của data sẽ được truyền trước và cuối cùng là bit có
ảnh hưởng lớn nhất (MSB – Most Significant Bit, bit bên trái).
Parity bit: parity là bit dùng kiểm tra dữ liệu truyền đúng khơng (một cách tương
đối). Có 2 loại parity là parity chẵn (even parity) và parity lẻ (odd parity). Parity
chẵn nghĩa là số lượng số 1 trong dữ liệu bao gồm bit parity luôn là số chẵn. Ngược
lại tổng số lượng các số 1 trong parity lẻ ln là số lẻ. Ví dụ, nếu dữ liệu của bạn là
10111011 nhị phân, có tất cả 6 số 1 trong dữ liệu này, nếu parity chẵn được dùng,
bit parity sẽ mang giá trị 0 để đảm bảo tổng các số 1 là số chẵn (6 số 1). Nếu parity
lẻ được yêu cầu thì giá trị của parity bit là 1. Hình 1 mơ tả ví dụ này với parity chẵn
được sử dụng. Parity bit không phải là bit bắt buộc và vì thế chúng ta có thể loại bit
này khỏi khung truyền (các ví dụ trong bài này tơi không dùng bit parity).
Stop bits: stop bits là một hoặc các bit báo cho thiết bị nhận rằng một gói dữ liệu đã
được gởi xong. Sau khi nhận được stop bits, thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm tra
khung truyền để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu. Stop bits là các bits bắt buộc
xuất hiện trong khung truyền, trong AVR USART có thể là 1 hoặc 2 bits (Trong các
thiết bị khác Stop bits có thể là 2.5 bits). Trong ví dụ ở hình 1, có 2 stop bits được
dùng cho khung truyền.Giá trị của stop bit luôn là giá trị nghỉ (Idle) và là ngược với
giá trị của start bit, giá trị stop bit trong AVR luôn là mức cao (5V).
(Chú ý và gợi ý: khung truyền phổ biến nhất là : start bit+ 8 bit data+1 stop bit)
2.2.3. Tìm hiểu cổng COM

Hình 2. 6: Sơ đồ chân cổng DB9
a)
Các thông số cổng COM cần lưu ý:
Thông số của cổng COM cần quan tâm là:
1. Địa chỉ cổng (Port Name).
2. Tốc độ baud (baudrate).
3. Số bít trong một khung dữ liệu (data bits).
4. Số bit dừng giữa các khung dữ liệu (stop bit).
5. Bít kiểm tra chẵn lẻ (parity bit).
Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang - 11 -


Đề tài nghiên cứu khoa học

Thông thường (defaut) cài đặt :
Port Name= COM1 (địa chỉ mã Hexa: 3f8),baudrate=9600, data bits = 8, stop bit =
1, parity = none.
b)
Cơ chế bắt tay cứng (Handshaking):
Có 4 loại :
 None,
XON/XOFF,
CTS/RTS,
CTS/RTS XON/XOFF Phụ thuộc vào từng cơ chế bắt tay mà có cách nối dây
khác nhau.
c)
Nối dây cho cơ chế NONE và XON/XOFF:

Hình 2. 7: Nối dây cho cơ chế CTS/RTS, CTS/RTS XON/XOFF:

Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang - 12 -


Đề tài nghiên cứu khoa học

Hình 2. 8: Nối dây cho cơ chế handshaking
Thông thường người ta sử dụng cơ chế handshaking: None, vì vậy chỉ cần 3
dây nối như hình 4. Như vậy về phần connecter là xong.
2.3. Giới thiệu phần mềm lập trình FLOWCODE V5
Phần mềm Flowcode:
 Dùng các biểu tượng để lập trình
 Kiểm tra và sửa lỗi
 Mơ phỏng 3D
 Có thể tạo thêm linh kiện
 Hỗ trợ Arduino, E-blocks & …
 Hỗ trợ các vi điều khiển PIC, dsPIC, ARM & AVR

2.3.1. Lập trình bằng đố họa
Flowcode sử dụng biểu tượng đồ họa cho phép nhanh chóng phát triển hệ
thống điện tử. Giao diện dễ sử dụng có nghĩa là những người ít kinh nghiệm lập
trình có thể tiếp thu cơ bản một cách nhanh chóng. Tốc độ phát triển giúp cho
những người đã có kinh nghiệm một phương pháp kiểm tra và phát triển nhanh đề
tài của mình.

Đề tài: Cơng tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang - 13 -


Đề tài nghiên cứu khoa học

Hình 2. 9: Phần mềm Flowcode V5
2.3.2. Mơ phỏng 3D
Mơ phỏng 3D có nghĩa là nếu bạn đang có một thiết kế cơ học, bạn có thể sử
dụng Flowcode khai triển và kiểm tra hiệu quả làm việc các thành phần điện
tử. Tích hợp với các gói thiết kế của bên thứ ba thơng qua hỗ trợ cho các tập tin
định dạng khác nhau, có nghĩa là bạn có thể nhập trực tiếp các thiết kế và đưa chúng
vào cuộc sống.

Hình 2. 10: Mơ phỏng 3D

Đề tài: Công tắc điều khiển bằng smart phone thông qua Bluetooth

Trang - 14 -