ĐIỀU KHIỂN ĐÈN BẰNG ĐIỆN THOẠI
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.62 MB, 35 trang )
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1.
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Ngày nay, khi mà cuộc sống của con người ngày càng có quan hệ chặt chẽ
đến Internet thì sự phát triển của Internet of Things (IoTs) cũng đang rất được
quan tâm.
IoTs là một kịch bản của thế giới, khi mà mỗi đồ vật, mỗi con người được
cung cấp một định danh riêng của mình, tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi
thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần sự tương tác trực tiếp
giữa người với người hay người với máy tính, IoTs đã phát triển từ sự hội tụ của
công nghệ không dây, công nghệ vi cơ điện tử Internet.
Cùng với sự phát triển của các hệ thống nhúng và các mạng không dây,
IoTs ngày càng thiết thực và được tiếp cận với con người nhiều hơn, thay đổi
cách sống của con người trong tương lai không xa, hướng phát đến sự tiện nghi
và nhanh chóng đáp ứng được những nhu cầu nhu cầu thiết thực của con người.
Ứng dụng cơ bản của IoTs là hướng đến phát triển một hệ thống minh với
các thiết bị được đồng bộ hoá và giám sát, điều khiển thông qua mạng không
dây. Khi mà nhu cầu của con người được nâng cao, việc điều khiển một cách tự
động và hệ thống hoá các thiết bị trong gia đình là sự ưu tiên hàng đầu.
Trên thế giới, IoTs đã là xu hướng phát triển mang tính quy luật và ngày
càng phát triển và có mặt ở hầu hế mọi nơi, mọi lĩnh vực nơi mà nhu cầu của con
người luôn đòi hỏi được đáp ứng và sự tiện nghi thuận lợi là thế mạnh. Vì vậy,
các thành phố lớn đã có sự đầu tư và phát triển rất nhanh các hệ thống công cộng
hay cá nhân trong một hệ thống thành phố thông minh, xu hướng phát triển của
Internet of Things đang bùng nổ và phát triển rất nhanh trên toàn thế giới cụ thể
là du lịch thông minh ở Barcelona, hệ thống giao thông thông minh ở
Copenhagen, hệ thống lưới điện thông minh ở Helsinki, các trạn sạc xe điện
thông minh tại Vienna…
2
Cùng với xu hướng phát triển của thế giới, Việt Nam trong thời gian gần
đây cũng đã từng bước phát triển hệ thống IoTs tại các thành phố lớn, nổi bật là
hệ thống nhà thông minh hoàn chỉnh điều khiển qua Smartphone của Bkav và các
thiết bị thông minh đang phát triển riêng lẻ ngoài thị trường.
Hệ thống nhà ở thông minh đang được ưu tiên và đầu tư phát triển rộng rãi.
Một trong những yếu tố quan trọng và nền móng để hướng đến phát triển một
ngôi nhà thông minh hiện nay là một hệ thống chiếu sáng thông minh. Với việc
các thiết bị chiếu sáng trong nhà hiện nay như bóng đèn sợi đốt, đèn Neon, đèn
ngủ, đèn trang trí … được sử dụng rất nhiều. Nếu phối hợp chiếu sáng không hợp
lý sẽ dẫn tới ô nhiễm ánh sáng. Ngoài ra, việc chiếu sáng không hợp lí còn gây
lãng phí điện, giảm tuổi thọ thiết bị. Bên cạnh đó số lượng đèn dùng để chiếu
sáng là khá lớn, người sử dụng sẽ gặp bất tiện trong việc kiểm soát và điều khiển
đèn. Vì vậy, với các trở ngại trên nhóm đã hướng việc đến nghiên cứu và phát
triển một hệ thống đèn phải đạt được các yêu cầu: thông minh, tiết kiệm và dễ
dàng kiểm soát, điều khiển.
Với các đề tài về điều khiển tự động thông minh đã được nghiên cứu từ
trước như "Điều khiển thiết bị từ xa bằng sóng RF" [1] , "Thiết kế và chế tạo
ngôi nhà thông minh" [2], có thể thấy việc điều khiển thiết bị nói chung cũng như
hệ thống đèn nói riêng chỉ dùng lại ở việc bật, tắt thiết bị chưa thể điều chỉnh
được các chế độ cũng như độ sáng đèn theo ý muốn hay theo nhu cầu sinh hoạt
của người sử dụng. Ngoài ra các đề tài còn gặp sự bất tiện trong việc điều khiển
với bộ điều khiển RF hay điều khiển trên máy tính, chưa phát huy được sự thông
minh và tiện lợi trong một hệ thống điều khiển thông minh.
Với những nhu cầu cấp thiết cho một hệ thống đèn thông minh cũng như
khắc phục những hạn chế trong các nghiên cứu trước, nhóm đã chọn thực hiện và
phát triển đề tài “Đèn thông minh điều khiển bằng ứng dụng điện thoại thông
qua kết nối không dây”.
Nhằm tránh những hạn chế hạn về truyền truyền dẫn của các nghiên cứu và
hướng đến một phương thức truyền dẫn phù hợp với môi trường sinh hoạt trong
3
nhà, nhóm đã chọn chuẩn kết nối không dây Bluetooth với các tính năng như: tốc
độ truyền dữ liệu cao, tiêu hao năng lượng thấp, dễ dàng phát triển ứng dụng,
tính bảo mật cao, chi phí thấp.
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
1.2.
Mục tiêu chung của đề tài là hướng đến phát triển một hệ thống đèn thông
minh thông qua kết nối không dây với các mục tiêu sau:
1.3.
-
Nắm được nhứng kiến thức cơ bản về lập trình nhúng.
Tìm hiểu về hệ điều hành của điện thoại thông minh và viết ứng dụng để
-
kết nối điện thoại thông minh với hệ thống.
Thiết kế được mạch điều chỉnh độ sáng đèn.
Xây dựng được các chế độ hoạt động, các chế độ sáng của đèn.
Thiết lập được giao tiếp không dây để điều khiển đèn từ xa.
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Để nâng cao sự tiện lợi trong việc quản lý và điều khiển đèn, điều chỉnh độ
sáng, đảm bảo tiết kiệm năng lượng một cách tối ưu và để tạo không gian thoải
mái, phù hợp với sinh hoạt. Ngoài ra, để hướng tới phát triển một hệ thống nhà
thông minh, hệ thống đèn đường thông minh cũng như một thành phố thông
minh việc xây dựng một hệ thống điều khiển đèn thông minh qua kết nối không
dây là vô cùng cần thiết.
1.4.
NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI LIÊN QUAN
Với những tiêu chí cơ bản của hệ thống IoTs, nhóm đã phân tích các đề tài
có liên quan để phân tích những ưu, nhược điểm để rút kinh nghiệm và phát triển
cho hệ thống của mình:
-
Đề tài “Thiết kế và chế tạo ngôi nhà thông minh” [2]:
Ưu: đem đến sự tiện lợi cho người sử dụng, giúp việc quản lý các thiết
bị trong nhà một cách dễ dàng và nhanh chóng.
Nhược: đòi hỏi bảo mật cao, hệ thống phức tạp, khó thi công.
- Đề tài “Điều khiển thiết bị từ xa bằng hồng ngoại” [3]: Nguyên lý cơ bản
của loại điều khiển từ xa này là sử dụng ánh sáng hồng ngoại của quang
4
phổ điện từ mà mắt thường không thấy được để chuyển tín hiệu đến thiết
bị cần điều khiển.
Ưu: đơn giản, ứng dụng rộng rãi trong điều khiển.
Nhược: phạm vi ngắn , tầm xa hoạt động khoảng 10m, Chỉ truyền
thẳng mà không thể xuyên qua vật cản, Ảnh hưởng của nhiều nguồn
nhiễu hồng ngoại như ánh sáng mặt trời, đèn huỳnh quang và bức xạ
của con người.
- Đề tài “Điều khiển thiết bị từ xa bằng sóng RF” [1]: Với loại điều khiển
này, nó cũng sử dụng nguyên lý tương tự như điều khiển bằng tia hồng
ngoại nhưng thay vì gửi đi các tín hiệu ánh sáng, nó lại truyền sóng vô
tuyến tương ứng với các lệnh nhị phân.
Ưu: đơn giản, ứng dụng rộng rãi trong điều khiển khoảng cách xa mà
không bị gián đoạn.
Nhược: số lượng, phạm vi điều khiển giới hạn, không điều khiển qua
điện thoại được.
1.5.
1.6.
ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
-
Tìm hiểu về module bluetooth HC-06.
Tìm hiểu về Arduino ATmega328 (họ 8 bit).
Tìm hiểu phương pháp lập trình Android.
Nguyên cứu phương pháp điều khiển cũng như giao tiếp giữa các phần
-
tử.
Nguyên cứu mạch thay đổi độ sáng đèn
PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN
Để thực hiện đề tài này nhóm đã kết hợp sử dụng nhiều phương pháp và
phương tiện hỗ trợ gồm có:
-
Tham khảo tài liệu: Điện tử cơ bản [4], Arduino [5], Android [6] …
Thực nghiệm.
Tổng kết kinh nghiệm.
Phương tiện: Internet, thư viện, diễn đàn điện tử [4] …
5
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.
NGUYÊN LÝ CHUNG
Hệ thống sử dụng một bộ được gọi là khối xử lý và điều khiển đèn, khối
này sẽ kết nối với điện thoại thông minh qua kết nối không dây.
Hình 2.1 Sơ đồ khối tổng quát.
-
Về ứng dụng điều khiển, nhóm lập trình và sử dụng ứng dụng điều
khiển trên nền tảng điện thoại sử dụng hệ điều hành Android vì tính phổ
-
biến cũng như sự tiện lợi về lập trình và kết nối.
Khối xử lý và điều khiển đèn sẽ sử dụng một mạch để điều chỉnh độ
sáng đèn, một mạch để giao tiếp kết nối với điện thoại và một bộ xử lý
-
để xây dựng và điều khiển các chế độ thông minh của đèn.
Về kết nối không dây giữa điện thoại với khối xử lý điều khiển, nhóm
sử dụng giao tiếp không dây Bluetooth.
2.2.
KHỐI XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘ SÁNG ĐÈN
6
Hình 2.2 Sơ đồ khối khối xử lý và điều khiển độ sáng đèn.
Khối bao gồm 3 phần:
-
Khối xử lý trung tâm Arduino: khối này để kết hợp với mạch điều chỉnh
độ sáng để điều chỉnh những mức sáng cũng như các chế độ sang mong
2.2.1.
-
muốn.
Module Bluetooth HC-06: kết nối với khối xử lý, dùng để nhận tín hiệu
-
từ ứng dụng điện thoại thông qua kết nối không dây Bluetooth.
Mạch điều chỉnh độ sáng đèn bằng góc mở triac.
Mạch điều chỉnh độ sáng đèn bằng góc mở của Triac
Mạch hoạt động dưa trên nguyên lý điều khiển góc của triac để thay đổi
dạng sóng của nguồn cấp. [4]
Hình 2.3 Dạng sóng ngõ ra khi điều khiển góc mở Triac.
Mạch được chia làm 3 khối:
7
Hình 2.4 Sơ đồ khối mạch điều khiển độ sáng đèn.
-
-
Khối mạch tìm điểm 0: Phát hiện điểm 0 để đồng bộ chu kì của điện áp
xoay chiều 220V với chu kì góc mở của triac và chia đôi điện áp thành
2 chu kì âm và dương để điều khiển lần lượt từng chu kì âm và dương
chứ không phải cả chu kì.
Khối mạch xử lý tín hiệu: Nhận tín hiệu từ mạch tìm điểm 0, tạo những
khoảng thời gian trì hoãn để đưa tín hiệu ra khối mạch điều khiển góc
-
mở triac.
Khối mạch điều khiển góc mở triac: Nhận tín hiệu từ khối xử lý tín hiệu
và điều khiển hoạt động đóng ngắt của triac để điều khiển độ sáng đèn.
2.2.1.1. Mạch
tìm điểm 0
Mạch tìm điểm 0 có cấu tạo như hình 2.5.
-
-
-
Hình 2.5 Sơ đồ mạch tìm điểm 0.
Cầu diode:
• Dùng trong các mạch chỉnh lưu toàn kì.
• Điện áp định mức 600V.
• Dòng dịnh mức 3A.
Điện trở sứ ( điện trở công suất ):
• Dùng trong các mạch công suất lớn.
• Trên mạch thiết kế có giá trị công suất cho phép lớn nhất là
5W.
Diode zener ( diode ổn áp ):
• Là diode làm việc ở chế độ phân cực ngược trên vùng điện áp
đánh thủng.
8
• Khi phân cực ngược diode sẽ ghim một mức điện áp gần cố
-
định có giá ghi trên diode.
• Giới hạn điện áp của nguồn còn 5.1V .
• Dòng tối đa cho phép là: 49mA
Opto PC817:
• Là thiết bị cách ly quang.
• Hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện.
• Khi cung cấp 5V vào chân số 1, LED phía trong Opto nối
giữa chân số 1 và 2 sáng, xảy ra hiệu ứng quang điện dẫn đến
3-4 thông, mức logic sẽ bị chuyển từ 1 sang 0.
Điện áp định mức ngõ vào: 6V.
Dòng định mức ngõ vào: 50 mA.
Điện áp định mức ngõ ra: tại cực C :80V, tại cực E: 6V.
Dòng định mức ngõ ra: 50 mA.
Nguyên lý hoạt động mạch tìm điểm 0:
- Khi tín hiệu điện áp 220V qua cầu diode ta thu lại được tín hiệu như
•
•
•
•
hình 2.6.
-
Hình 2.6 Dạng sóng tín hiệu sau khi qua cầu diode.
Sau đó, dòng điện qua điện trở sứ để hạn dòng và đi tới diode zener
với giá trị tính toán được là 22mA và công suất tại điện trở sứ là
-
khoảng 4.73W.
Khi điện áp qua diode zener thì giá trị điện áp hoạt động của nó được
-
ghim ở mức 5V.
Điện áp này trước khi đặt vào chân 1,2 của opto PC817 sẽ được dẫn
-
qua điện trở 470 Ω để hạn dòng với giá trị tính toán được là 11mA.
Tại PC817, khi cung cấp điện áp 5V vào chân 1, 2 sẽ làm cho LED
sáng, nhờ vào hiệu ứng quang điện, chân 3, 4 sẽ thông làm cho điện
áp tại INVDK bằng 0, khi LED tắt, chân 3, 4 hở, điện áp tại INVDK
bằng Vcc.
2.2.1.2. Khối
xử lý tín hiệu
Dùng Arduino để xử lý tín hiệu INVDK đưa vào.
Khi tín hiệu vào bằng Vcc chúng ta trì hoãn một khoảng thời gian.
Thời gian trì hoãn này sẽ quyết định độ sáng của bóng đèn. Sau khi trì
9
hoãn chúng ta sẽ cho tín hiệu OUTVDK bằng 1 trong 1ms sau đó cho về
0.
2.2.1.3. Mạch
điều khiển góc mở Triac
Cấu tạo như hình 2.7.
Hình 2.7 Sơ đồ mạch điều khiển góc mở Triac.
-
Linh kiện cách ly quang MOC3020:
• Phía vào có thể dùng điện áp 1 chiều để điều khiển LED phát
quang.
• Đầu ra là 1 con Triac cỡ nhỏ. Con triac này được kích dựa vào
con LED phát quang ở đầu vào. Tức là khi nào LED sáng thì
-
con triac được kích, LED tắt thì triac cũng đóng.
• Điện áp cho phép ngõ ra: 220V đến 400V.
• Dòng định mức ngõ ra: 100mA.
• Dòng định mức ngõ vào: 15 đến 30mA.
Triac công suất lớn BTA16:
• BTA16 là một triac công suất lớn.
• Đóng (thông): Triac sẽ đóng khi IG>0 và điện áp tại A1 và A2
khác nhau.
• Mở (ngắt) : Triac sẽ mỏ khi IG=0 và điện áp tại A1 và A2
•
•
•
bằng nhau.
Điện áp cho phép: 600V.
Dòng cho phép: 16A.
Dòng kích: 10 đến 60mA.
10
Hình 2.8 Các chân của BTA16.
Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển góc mở Triac:
-
-
-
2.2.2.
2.2.2.1.
Ban đầu, triac ở trạng thái ngắt, điện áp giữa hai đầu A1 vá A2 khác
nhau, tín hiệu ngõ ra của khối xử tín hiệu OUTVDK sẽ được cho qua
điện trở 220Ω để hạn dòng, sau đó được cho qua cách ly quang (có
chức năng bảo vệ arduino khỏi dòng ngược về).
Khi tín hiệu tại OUTVDK lên 1 làm cho MOC3020 dẫn, dòng điện
chạy qua điện trở 470Ω tới BTA16 thì tại điểm G của Triac sẽ có dòng
làm cho hai đầu A2 và A1 của Triac thông với nhau. Khi tín hiệu tại
OUTVDK về 0 làm cho MOC 3020 ngắt nên dòng tại đầu G về 0 và
khi điện áp về 0 làm cho điện áp tại 2 đầu A1 và A2 bằng nhau( chênh
lệch điện áp giữa 2 đầu bằng 0) làm triac ngắt.
Từ việc đồng bộ điểm 0 giữa chu kì điện áp 220V và chu kì góc mở
triac ta xác định được điểm bắt đầu quá trình trì hoãn trong khối xử lí
tín hiệu, dựa vào việc điều chỉnh thời gian trì hoãn, ta điều khiển được
góc mở triac nhờ đó mà độ sáng đèn cũng thay đổi theo.
Giới thiệu Bluetooth và Module Bluetooth HC-06
Giới thiệu:
Bluetooth là công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện tử có thể
giao tiếp với nhau trong khoảng cách ngắn qua sóng vô tuyến băng tần
chung ISM trong dãy tần từ 2.4 đến 4.5GHz với mục đích thay thế các kết
nối có dây giữa các thiết bị truyền thông với nhau, kết nối vô tuyến các thiết
bị với nhau một cách thuận lợi với giá thành rẻ.
2.2.2.2.
-
Đặc điểm công nghệ Bluetooth
Kết nối hoàn toàn không dây.
Tiêu thụ năng lượng thấp.
Ứng dụng được nhiều loại thiết bị.
Khoảng cách giao tiếp cho phép giữa 2 thiết bị lên đến 100m.
Tính tương thích cao, được nhiều nhà sản xuất phần cứng và phần mềm
hỗ trợ.
- An toàn và bảo mật cao.
11
2.2.2.3.
Ứng dụng
Công nghệ Bluetooth có ứng dụng cao trong sử dụng các thiết bị cần
giao tiếp không dây và ngày càng được sử dụng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực
trong đời sống.
-
Trao đổi tập tin không dây giữa các điện thoại với nhau hoặc các
-
máy tính với nhau.
Trao đổi tập tin giữa điện thoại và máy tính.
Kết nối các thiết bị ngoại vi cho điện thoại hoặc máy tính như: tai
-
nghe, loa, chuột, bàn phím, gamepad ...
Thay thế các giao tiếp nối tiếp dùng dây truyền thống giữa các thiết
bị đo,thiết bị điều khiển phạm vi ngắn, thiết bị định vị, thiết bị y tế,
máy quét mã vạch, các thiết bị điều khiển giao thông …
2.2.2.4.
Sự phát triển của Bluetooth
Cho đến nay đã có rất nhiều phiên bản Bluetooth được phát triển để
đáp ứng nhu cầu kết nối ngày càng cao giữa các thiết bị. Mỗi phiên bản mới
ra đời đều có khả năng tương thích ngược với phiên bản trước đó. Điều này
đồng nghĩa với việc một thiết bị với phiên bản Bluetooth cao hơn hoàn toàn
có thể kết nối với thiết bị sử dụng phiên bản cũ hơn.
-
Bluetooth 1.0 (1999): phiên bản đầu tiên với tốc độ xấp xỉ là
-
1Mbps, còn nhiều lỗi và gặp vấn đề về tương thích.
Bluetooth 1.1 (2001): đánh dấu bước phát triển của Bluetooth, được
-
bình chọn là công nghệ vô tuyến tốt nhất năm.
Bluetooth 2.0+ERD (2004): nâng cao tốc độ và giảm thiểu một nửa
-
năng lượng tiêu thụ.Tốc độ 2.1Mbps.
Bluetooth 3.0+HS (2008): tốc độ truyền dữ liệu đạt mức 24Mbps,
tương đương chuẩn Wifi thế hệ đầu tiên nhưng phạm vi hoạt động
-
hiệu quả chỉ trong vòng 10m.
Bluetooth 4.0 (2010): là sự kết hợp của “classic Bluetooth”,
“Bluetooth highspeed” và “Bluetooth low energy” với tốc độ truyền
tải nhanh, tiết kiệm tối đa năng lượng và hoạt động trong phạm vi
bán kính 60-100m.
12
2.2.2.5.
Module Bluetooth HC-06
Module Bluetooth HC-06 là một mạch thu phát Bluetooth phổ thông
được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu và học tập, có thể tìm mua dễ dàng
trên thị trường với giá thành rẻ.
Hình 2.9 Kích thước nhỏ gọn của HC-06 thực tế.
Module Bluetooth HC-06 được thiết kế để chuyển đổi giao tiếp nối
tiếp không đồng bộ thành giao tiếp không dây Bluetooth và ngược lại để thu
và phát Bluetooth giữa module và các thiết bị có kết nối Bluetooth.
Thông số kỹ thuật:
2.2.3.
–
Sử dụng chip CSR Bluetooth V2.0.
–
Chuẩn Bluetooth 2.0+EDR – 2.1Mbps.
–
Khoảng cách kết nối tối đa 20m.
–
Điện áp và dòng hoạt động: 3.3 - 5V, 30mA.
Khối xử lý trung tâm Arduino
2.2.3.1 Giới thiệu
Là một mạch bao gồm vi điều khiển tích hợp trên một mạch điện được
cung cấp nguôn, có các kết nối ngoại vi và kết nối giao tiếp USB với máy
tính. [5] [7] [8]
13
Mạch Arduino nhóm sử dụng trong đề tài là Arduino UNO, một loại
Arduino có tính thông dụng và tính ứng dụng cao cho người mới bắt đầu
cũng như chuyên viên.
2.2.3.2. Đặc điểm
-
Board mạch nhỏ gọn với các cổng I/O để dễ dàng kết nối các thiết bị
ngoại vi tuỳ theo mục đích sử dụng.
-
Sử dụng ngôn ngữ C với môi trường Arduino IDE tích hợp sẵn.
-
Cộng đồng phát triển rộng lớn.
-
Mã nguồn mở cho phép ta mở rộng cũng như học hỏi dễ dàng hơn.
-
Hệ thống module tiêu chuẩn với mỗi module là một chức năng ( việc
thiết kế chính là kết hợp các chức năng đã chuẩn hoá).
2.2.3.3. Các loại Arduino
Ta có các loại Arduino khác nhau tuỳ vào nơi sản xuất và mục đích sử
dụng để có thể chọn sản phẩm phù hợp.
Hình 2.10 Các loại Arduino thông dụng
2.2.3.4. Phần cứng
14
Bảng 2.1 Đặc điểm phần cứng của Arduino UNO
Vi điều khiển
Điện áp hoạt động
Atmega328 (họ 8bit)
5V – 5V- DC (chỉ được cấp qua
cổng USB)
Tần số hoạt động
16 MHz
Dòng tiêu thụ
30mA
Điện áp vào khuyên dùng
7–12V – DC
Điện áp vào giới hạn
6–20V - DC
Số chân Digital I/O
14 (6 chân PWM)
Số chân Analog
6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O
30mA
Dòng ra tối đa ( 5V )
500mA
Dòng ra tối đa ( 3.3V )
50mA
Bộ nhớ flash
32 KB (Atmega328) với 0.5KB
dùng bởi bootloader
SRAM
2 KB (Atmega328)
EEPROM
1
KB (ATmega328)
2.2.3.5. Ứng dụng
Arduino có rất nhiều ứng dụng vào nhiều lĩnh vực lớn nhỏ khác nhau
và đang ngày càng phát triển. Một vài ứng dụng tiêu biểu như:
-
Các thiết bị điều khiển với chức năng riêng biệt như xe, máy bay,
-
robot …
Làm bộ xử lý và truyền tín hiệu cho cảm biến và đo lường.
Các bộ điều khiển tự động.
Bộ xử lý cho các thiết bị thông minh.
Các điểm kết nối, modem kết nối mạng.
2.3. ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID
2.3.1. Giới thiệu hệ điều hành Android
2.3.1.1.
Giới thiệu
15
Android là một hệ điều hành dựa trên nền tảng Linux thiết kế dành
cho các thiết bị điện thoại thông minh (Smartphone) và máy tính bảng
(Tablet). Android là một hệ điều hành mã nguồn mở ,cộng đồng phát
triển rộng lớn với một hệ thống kho ứng dụng khổng lồ. Thời điểm hiện
tại, Android đã trở thành nền tảng điện thoại thông minh phổ biến nhất
và không ngừng phát triển. [6]
Hình 2.11 Thị phần của 2 ông lớn hệ điều hành cho
điện thoại thông minh trong năm 2015.
2.3.1.2.
Lịch sử phát triển
Với nhu cầu công nghệ của con người ngày càng cao thì sự phát
triển nên một hệ điều hành thích hợp cho các thiết bị thông minh là một
điều tất yếu cho sự phát triển nhanh chóng của hệ điều hành Android.
-
10/2003, Android (INC) ra đời như một hãng phần mềm mục tiêu
-
tạo ra những thiết bị thông minh với sự hỗ trợ của Google.
8/2005, Gã khổng lồ Google mua lại toàn bộ công ty Android.
11/2007, Open Handset Alliance – Liên minh thiết bị cầm tay mở
-
rộng ra đời
2008, Android chính thức trở thành mã nguồn mở và chiếc điện
thoại thương mại chạy hệ điều hành Android đầu tiên ra đời là HTC
Dream (22-10-2008).
2.3.1.3.
Các phiên bản
16
Cùng với sự phát triển về phần cứng của các thiết bị thông minh thì
các phiên bản cảu hệ điều hành Android cũng ngày càng được phát triển
theo và càng không ngừng được đầu tư và phát triển. Các phiên bản
Android tính đến năm 2015 :
Android 1.0 – Alpha
Android 1.1 – Beta
Android 1.5 – Cupcake
Android 2.0 & 2.1 – Éclair
Android 2.2 – Froyo
Android 2.3 – Gingerbread
Android 3.0 – Honeycomb
Android 4.0 – Ice Cream Sandwich
Android 4.1 & 4.2 & 4.3 – Jelly bean
Android 4.4 – Kitkat
Android 5.0 – Lollipop
2.3.1.4.
Các thành phần của một ứng dụng
Android
Hình 2.12 Các thành phần cơ bản và nâng cao của một ứng dụng
chạy trên nền tảng Android
-
Activities: các tiến trình hoạt động của ứng dụng. Một ứng bao gồm
-
một hoặc nhiều Activities.
Views/User Interface: giao diện người dùng.
Intents: diễn tả mối liên kết giữa các tiến trình và giao diện người
-
dùng.
Service: là thành phần bên trong, chạy ngầm.
Content provivder: xử lý dữ liệu và quản lý cơ sở dữ liệu.
Broadcast Receiver: xử lý việc giao tiếp giữa hệ điều hành và ứng
dụng.
2.3.2.
App Inventor và lập trình ứng dụng Android
17
Giới thiệu: App Inventor là một ứng dụng phát triển trên nền tảng Web cho
phép những người không chuyên có thể tạo ra một ứng dụng Android theo ý
muốn. App Inventor tạo ra một ứng dụng bằng cách ghép các lệnh với nhau
thông qua giao diện đơn giản. [9]
Địa chỉ của App Inventor trên nền web :
Hình 2.13 Giao diện chính của App Inventor
Đặc điểm:
-
Thực hiện ứng dụng một cách đơn giản và nhanh chóng.
Sử dụng một hệ thống giao diện đơn giản để lập trình và phát triển ứng
-
dụng.
Lập trình hoàn toàn bằng các lệnh ghép với nhau.
Ưu điểm:
-
Phù hợp cho mọi người với mọi lứa tuổi và vơi những người không
-
chuyên lập trình.
Lập trình ứng dụng nhanh chóng không cần học sâu về ngôn ngữ lập
trình.
18
-
Thực hiện trên nền Web, lập trình mọi lúc mọi nơi.
Nhược điểm:
-
Còn hạn chế truy xuất phần cứng.
Hạn chế trong việc sửa lỗi và phát triển ứng dụng.
Chưa phù hợp với những dự án ứng dụng lớn.
Lập trình ứng dụng với App Inventor: việc lập trình với một ứng dụng với
App Iventor được thực hiện khá đơn giản, sau khi có ý tưởng và sơ đồ khối
các chức năng, ta tiến hành tạo một ứng dụng theo ba bước:
-
Đầu tiên, ta thao tác trên Giao diện Designer, đây là nơi tạo giao diện
cho ứng dụng bằng cách lấy các linh kiện trong cột Palette bên trái và
thả vào màn hình điện thoại ở giữa trang. Thực hiện lấy ra các nút
nhấn hay các hình ảnh đưa vào và thiết kế một giao diện cho ứng dụng
cần viết.
-
Hình 2.14 Giao diện Designer của App Inventor
Tiếp theo, ta tiến hành lập trình cho các hoạt động của ứng dụng trong
Giao diện Blocks, ta tiến hành chọn các phần tử cho các hoạt động và
thực thiện ghép các lệnh lại thành các hoạt động của ứng dụng.
19
-
Hình 2.15 Giao diện Blocks để lập trình trong App Inventor
Sau khi lập trình hoàn tất, chọn nút Build để tiến hành tải ứng dụng về
điện thoại bằng 2 cách là tải trực tiếp qua mã QR hoặc lưu trực tiếp
vào máy tính.
Hình 2.15 Tải ứng dụng về điện thoại thông qua 2 cách
20
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ THI CÔNG VÀ KẾT NỐI
MẠCH
3.1.
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG KHỐI MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN
Sau khi thực hiện nghiên cứu lý thuyết và cách hoạt động của khối mạch
điều khiển đèn, ta tiến hành thiết kế bộ điều khiển đèn trên phần mềm Proteus.
Với mạch phát hiện điểm 0 và điều khiển góc mở Triac ta thực hiện thiết
kế với các thông số như ta tính toán ở trên. Với khối LIGHT là 2 chân cắm để
kết nối với đèn.
Hình 3.1 Sơ đồ mạch đã thiết kế
Tiếp theo ta thiết kế sơ đồ các chân cắm cho mạch kết nối với nguồn
220V, Arduino và mạch module Bluetooth HC-06.
Hình 3.2 Sơ đồ mạch kết nối với nguồn, Arduino và HC-06.
21
-
Khối chân cắm NGUON_220V sẽ cung cấp nguồn 220V cho mạch
-
phát hiện điểm 0 và điều khiển góc mở Triac.
Khối rào cắm ARDUINO dùng kết nối mạch điều khiển với mạch
Arduino. Các chân VCC, GND để cung cấp nguồn cho các IC và
module Bluetooth HC-06. Các chân INVDK và OUTVDK để kết nối
Arduino để nhận tín hiệu điểm 0 và phát tín hiệu điều khiển góc mở
Triac. Hai chân còn lại là TX, RX để truyền, nhận dữ liệu giữa mạch
Arduino và module Bluetooth HC-06.
Thực hiện kết hợp các mạch đã thiết kế và chỉnh sửa để phù hợp với chân
linh kiện, ta có mạch thiết kế hoàn chỉnh.
Hình 3.3 Sơ đồ mạch hoàn chỉnh để vẽ mạch in.
22
Hình 3.4 Mạch in sau khi đã thiết kế.
Thực hiện thi công mạch đã thiết kế, ta có sản phẩm là khối mạch điều
khiển đèn đã thực hiện kết nối với module Bluetooth HC-06.
Hình 3.5 Khối mạch điều khiển đèn sau khi thi công.
3.2.
LẬP TRÌNH ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN HỆ ĐIỀU HÀNH
ANDROID
Ta thực hiện lập trình một ứng dụng Android có kết nối Bluetooth, tạo một
giao diện điều khiển thực hiện công việc gửi một mã số cho Arduino, từ số này ta
sẽ cho Arduino thực hiện các lệnh tương ứng để điều khiển đèn.
23
Nguyên lý chung của ứng dụng là thực hiện kết nối Bluetooth với Arduino,
thông qua sự thay đổi giá trị của thanh kéo (slider) có giá trị từ 1 đến 8 tương ứng
với các mức độ sáng của đèn, từ đó gửi các chuỗi số giá trị của thanh kéo này về
Arduino để xử lý và điều khiển các chế độ của đèn.
Ứng dụng được chia thành 3 giao diện ứng với các chức năng khác nhau:
•
Giao diện khởi động ứng dụng: sẽ có tên thành viên nhóm, logo
trường, và nút nhấn kết nối để thực hiện kết nối Bluetooth.
Hình 3.6 Giao diện khởi động ứng dụng.
Trong phần lệnh lập trình cho giao diện khởi động, ta lập trình cho nút nhấn
các lệnh kết nối Bluetooth, khi kết nối với Bluetooth sẽ đóng giao diện khởi động
và chuyển sang giao diện MENU.
24
Hình 3.7 Lập trình cho giao diện khởi động.
•
Giao diện MENU: sẽ có 4 nút nhấn tương ứng với các lệnh cần thực
hiện như bật, tắt, chuyển sang giao diện MODE và ngắt kết nối.
Hình 3.8 Giao diện MENU.
Thực hiện lập trình các lệnh cho 4 nút nhấn. Các nút MODE và
DISCONNECT sẽ thực thiện lệnh đóng giao diện MENU và chuyển sang giao
diện MODE hoặc ngắt kết nối và trở về giao diện khởi động ban đầu. Các nút
ON, OFF sẽ đưa giá trị của thanh kéo lên 8 hoặc về 0 tức là tắt hoặc mở đèn.
25
