ĐIỀU KHIỂN THIẾT bị QUA BLUETOOTH dùng PIC ( có code và mạch in )

ĐỒ ÁN 2

ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA
BLUETOOTH


GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân

SVTH: Lê Thái Hà

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Mục đích
Bluetooth là một công nghệ cho phép truyền thông giữa các thiết bị với nhau
mà không cần dây dẫn. Nó là một chuẩn điện tử, điều đó có nghĩa là các hãng sản xuất
muốn có đặc tính này trong sản phẩm thì họ phải tuân theo các yêu cầu của chuẩn này
cho sản phẩm của mình. Những tiêu chuẩn kỹ thuật đó đảm bảo cho các thiết bị có thể
nhận ra và tương tác với nhau khi sử dụng công nghệ Bluetooth. Ngày nay phần lớn
các nhà máy đều sản xuất các thiết bị có SWUR dụng công nghệ Bluetooth. Các thiết
bị này gồm có điện thoại di động, máy tính và thiết bị hỗ trợ cá nhân PDA (Prosonal
Digital Assistant).
Công nghệ Bluetooth là một công nghệ dựa trên tần số vô tuyến và bất cứ một
thiết bị nào có tích hợp bên trong công nghệ này đều có thể truyền thông với các thiết
bị khác với một khoảng cách nhất định về cự ly để đảm bảo công suất cho việc phát và
nhận sóng. Công nghệ được sử dụng để truyền thông giữa hai loại thiết bị khác nhau.
Ví dụ như 2 điện thoại smartphone cùng kết nối Bluetooth với nhau để truyền tải, gửi
nhận dữ liệu thông tin, đa phương tiện, hay chuột, bàn phím không dây kết nối bới
máy tính. Và cụ thể ở đề tài này, ta sẽ ứng dụng để xây dựng một hệ thống điều khiển
các thiết bị điện gia dụng bằng Smartphone thông qua giao tiếp Bluetooth.
1.2

Nội dung và nhiệm vụ:
 Nội dụng: Sử dụng một Module Bluetooth để truyền nhận dữ liệu với
Smartphone và việc truyền nhận này được điều khiển bởi một vi điều khiển. Vi
điều khiển ở đây là PIC16F877A, vi điều khiển này có 2 nhiệm vụ chính: xử lý
dữ liệu và điều khiển kích đóng ngắt các Relay để điều khiển các thiết bị điện.
 Nhiệm vụ:
 Phần mềm điều khiển trên điện thoại phải kết nối nhanh với mạch điều
khiển, chính xác và an toàn tuyệt đối.
 Hệ thống mạch cứng của vi xử lý có độ ổn định, bền, nhỏ gọn và điều khiển
chính xác các thiết bị điện như đã thao tác trên Smartphone.
 Hạn chế tối đa nhiễu khi sử dụng với các thiết bị điện khác nhau, đặc biệt là
các thiết bị có nhiễu từ trường cao.
 Khoảng cách điều khiển giữa điện thoại Android và mạch điều khiển đảm
bảo hợp lý trong khoảng cách dưới 100m.
Trang 2


GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân

SVTH: Lê Thái Hà

 Giá thành phải phù hợp với một hệ thống ổn định và có tính ứng dụng thực
tiễn cao.

Trang 3


GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân

SVTH: Lê Thái Hà

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN CỨNG
2.1

Vi điều khiển PIC 16F877A:

2.1.1 Giới thiệu về vi điều khiển PIC 16F887A:
 Các đặc trưng của vi điều khiển PIC16F877A:

Hình 1: PIC 16F887A
-

PIC 16F877A là loại vi điều khiển 8bit tầm trung của hãng microchip.
PIC 16F877A có kiến trúc Havard, sử dụng tập lệnh kiểu RISC (Reduced

-

Instruction Set Computer) với chỉ 35 lệnh cơ bản.
Tất cả các lệnh được thực hiện trong một chu kì lệnh ngoại trừ các lệnh rẽ
nhánh.
 Các chức năng cơ bản của PIC 16F887A:

Hình 2: Chức năng của PIC 16F887A.

Trang 4


GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân

SVTH: Lê Thái Hà

2.1.2 Sơ đồ chân:

Hình 3: Sơ đồ chân PIC 16F887A
2.2 Module Bluetooth HC-06:

Hình 4: Module Bluetooth HC-06

Trang 5


GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân
-

SVTH: Lê Thái Hà

Module bluetooth HC-06 MASTER / SLAVE dùng để thiết lập kết nối Serial
giữa hai thiết bị bằng sóng bluetooth. Điểm đặc biệt của module bluetooth HC-

-

06 là module có thể hoạt động được ở hai chế độ: MASTER hoặc SLAVE.
Ở chê độ SLAVE: cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb bluetooth để
dò tìm module sau đó pair với mã PIN là 1234. Sau khi pair thành công sẽ có 1

-

cổng serial từ xa hoạt động ở baud rate 9600.
Ở chế độ MASTER: module sẽ tự động dò tìm thiết bị bluetooth khác và tiến
hành pair chủ động mà không cần thiết lập gì từ máy tính hoặc smartphone.

Thông số kỹ thuật:
 Chuẩn Bluetooth: V2.0 + EDR.
 Điện áp hoạt động : 3.3 - 5 VDC, 30mA.
 Kích thước 28mm x 15mm x 2.35mm.
 Tần số: 2.4GHz ISM band.
 Tốc độ: Asynchronous: 2.1 Mbps (Max)/160 kbps.
Synchronous: 1 Mbps/1Mbps.
 Tốc độ baudrate mặc định: 9600, 8bit dữ liệu, 1bit Stop. Hỗ trợ tốc độ
baud: 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400, 460800.
 Nhiệt độ làm việc: -20 ~ 75 độ C.
 Độ nhạy: -80dBm 2.1.
 Module có 2 chế độ làm việc:
+ Kết nối truyền thông.
+ Đáp ứng theo lệnh: Khi làm việc ở chế độ này, chúng ta có thể gửi các
•
•
•
•

lệnh AT để giao tiếp và cài đặt module.
Tích hợp anten
Kết nối ở biên mạch.
Cấu hình Slave hay Master là cấu hình ban đầu, không thay đổi được.
Sử dụng chip CSR Bluetooth V2.0

Giao tiếp bằng lệnh AT:
• Kết nối Module với USB TO COM set KEY xuống mức thấp (GND).
• Cấp nguồn cho Module và chuyển key lên 3.3V.
Giao tiếp UART giữa vi điều khiển với module bluetooth:
Vi điều khiển có 1 module truyền thông nối tiếp USART. Có 3 chân chính

liên quan đến module này đó là chân xung nhịp - XCK (chân số 1), chân truyền
dữ liệu – TxD (Transmitted Data) và chân nhận dữ liệu – RxD (Reveived Data).
Trong đó chân XCK chỉ được sử dụng như là chân phát hoặc nhận xung giữ nhịp
trong chế độ truyền động bộ. Tuy nhiên ở đây không khảo sát chế độ truyền thông
Trang 6


GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân

SVTH: Lê Thái Hà

đồng bộ, vì thế chỉ cần quan tâm đến 2 chân TxD và RxD. Vì các chân
truyền/nhận dữ liệu chỉ đảm nhiệm 1 chức năng độc lập (hoặc là truyền, hoặc là
nhận), để kết nối các chip AVR với nhau (hoặc kết nối AVR với thiết bị hỗ trợ
UART khác) nên phải đấu “chéo” 2 chân này. TxD của thiết bị thứ nhất kết nối
với RxD của thiết bị 2 và ngược lại. Module USART trên chip hoạt động “song
công” (Full Duplex Operation), nghĩa là quá trình truyền và nhận dữ liệu có thể
xảy ra đồng thời.

Trang 7


GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân

SVTH: Lê Thái Hà

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ GIAO TIẾP BLUETOOTH
3.1 Khái niệm về Bluetooth:
Bluetooth là công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện,
điện tử có thể giao tiếp với nhau trong khoảng cách ngắn, bằng sóng vô

tuyến qua băng tần chung ISM trong dãy tầng 2.40- 4,48 GHz để thay
thế dây cable giữa máy tính và các thiết bị truyền thông cá nhân, kết nối
vô tuyến giữa các thiết bị điện tử lại với nhau một cách thuận lợi, giá
thành rẻ.
3.2 Đặc điểm:
 Các mức năng lượng của Bluetooth
• Mức năng lượng 1 (100mW): Được thiết kế cho những thiết bị có
phạm vi hoạt động rộng (~100m).
•

Mức năng lượng 2 (2.5mW): Cho những thiết bị có phạm vi hoạt
động thông thường (~10m).

•

Mức năng lượng 3 (1mW): Cho những thiết bị có phạm vi hoạt
động ngắn (~10cm).

 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 2.4GHz, tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt
tới mức tới đa 1Mbps mà các thiết bị không cần phải trực tiếp thấy
nhau.
• Dễ dàng trong việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối một ứng
dụng này với một ứng dụng khác thông 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 mềm hỗ trợ.
Trang 8


GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân

SVTH: Lê Thái Hà

• An toàn và bảo mật: được tích hợp với sự xác nhận và mã hóa. Có
khả năng bảo mật từ 8 -> 128bits.
• Sử dụng “Frequency Hopping” giúp chống nhiễu giảm va chạm sóng
tối đa.
• Bluetooth được dùng trong giao tiếp dữ liệu tiếng nói: có 3 kênh để
truyền tiếng nói, và 7 kênh để truyền dữ liệu trong một mạng cá
nhân.
 Khuyết điểm:
• Khoảng cách kết nối còn ngắn so với công nghệ mạng không dây
khác.
• Chỉ kết nối được hai thiết bị với nhau, không kết nối thành mạng.
• Tốc độ truyền của Bluetooth không cao.
• Bị nhiễu bởi một số thiết bị sử dụng sóng radio khác, các trang thiết
bị khác.
• Bảo mật còn thấp.
3.3 Hoạt động của Bluetooth:
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 2.4GHz đến
2.485GHz. 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.
Kỹ thuật Bluetooth có thể coi là phức tạp. Nó dùng kỹ thuật nhảy tần
số trong các timeslot (TS), được thiết kế để làm việc trong môi trường
nhiễu tần số radio, Bluetooth dùng chiến lược nhảy tần để tạo nên sức mạnh
liên kết truyền thông và truyền thông thông minh. Cứ mỗi lần gửi hay nhận
một packet xong, Bluetooth lại nhảy sang một tần số mới, như thế sẽ tránh
được nhiễu từ các tín hiệu khác.
So sánh với các hệ thống khác làm việc trong cùng băng tần, sóng
radio của Bluetooth nhảy tần nhanh và dùng packet ngắn hơn. Vì nhảy
nhanh và packet ngắn sẽ làm giảm va chạm với sóng từ lò vi sóng và các
phương tiện gây nhiễu khác trong khí quyển.
Có 3 phương pháp được sử dụng trong việc kiểm tra tính đúng đắn của
dữ liệu truyền đi:

Trang 9


GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân

SVTH: Lê Thái Hà

-

Forwad Error Corrrection: thêm 1 số bit kiểm tra vào phần Header hay

-

Payload của packet.
Automatic Repeat Request: dữ liệu sẽ được truyền lại cho tới khi bên nhận

-

gửi thông báo là đã nhận đúng.
Cyclic Redundancy Check: mã CRC thêm vào các packet để kiểm chứng liệu
Payload có đúng không
Bluetooth dùng kỹ thuật sửa lỗi tiến FEC (Forward Error Correction)
để sửa sai do nhiễu tự nhiên khi truyền khoảng cách xa. FEC cho phép
phát hiện lỗi, biết sửa sai và truyền đi tiếp (khác với kỹ thuật BECBackward Error Control chỉ phát hiện, không biết sửa, yêu cầu truyền lại).
Giao thức băng tần cơ sở (Baseband) của Bluetooth là sự kết hợp
giữa chuyển mạch và chuyển đổi packet. Các khe thời gian có thể được
dành riêng cho các packet phục vụ đồng bộ. Thực hiện bước nhảy tần cho
mỗi packet được truyền đi. Một packet trên danh nghĩa sẽ chiếm 1
timeslot, nhưng nó có thể mở rộng chiếm đến 3 hay 5 timeslot.
Bluetooth hỗ trợ 1 kênh dữ liệu bất đồng bộ, hay 3 kênh tín hiệu
thoại đồng bộ nhau cùng một lúc, hay 1 kênh hỗ trợ cùng lúc dữ liệu bất
đồng bộ và tín hiệu đồng bộ.

Trang 10


GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân

SVTH: Lê Thái Hà

CHƯƠNG 4: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH
4.1

Sơ đồ khối:
Thiết bị được điều khiển
Khối vi điều khiển

Module Bluetooth
Khối nguồn
Giao diện điều khiển trên Smartphone
Khối Relay
Hình 5: Sơ đồ khối

4.2

Sơ đồ nguyên lý

Hình 6: Sơ đồ nguyên lý mạch

Trang 11


GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân

SVTH: Lê Thái Hà

4.3 Chức năng của từng khối:
4.3.1 Khối nguồn:

Hình 7: Khối nguồn
-

Điện áp đầu vào: 12 VDC
Đi qua IC LM7805 được điện áp 5 VDC cấp vào khối vi điều khiển và Relay.
Module Bluetooth hoạt động ở 3.3 – 5 VDC.
4.3.2 Khối Relay (khối công suất):

Hình 8: Khối Relay
-

Relay (Rơ-le) là công tắc điện từ được kích hoạt bằng điện. Có 2 trạng thái:

-

Đóng và mở.
Điện áp vào 5V sử dụng transistor NPN (C1815) để điều khiển. Khi S1 = 1; Q2
thông, có dòng điện cấp cho cuộn hút của Relay. Tiếp điểm 1 nối với 3, đèn
LED2 sáng, thiết bị được điều khiển đóng. Khi S1 = 0; Q2 tắt, không có dòng
qua cuộn hút. Tiếp điểm 1 nối với 2, đèn LED2 tắt, thiết bị được điều khiển
ngắt.
Trang 12


GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân

SVTH: Lê Thái Hà

4.3.3 Khối tạo xung ( Khối thạch anh)

Hình 9: Khối thạch anh
-

Chọn thạch anh 20 MHz.
4.3.4 Khối vi điều khiển và sơ đồ kết nối chân với Module Bluetooth:

Hình 10: Khối vi điều khiển và sơ đồ kết nối chân với Module Bluetooth
-

Vi điều khiển PIC 16F887A kết nối với module bluetooth qua bốn chân: Tx,
Rx, Vcc, GND tương ứng với các chân 25, 26, 31, 32.

Trang 13


GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân

SVTH: Lê Thái Hà

4.3.5 Khối Reset:

Hình 11: Khối reset
-

Có tác dụng đưa vi điều khiển về trạng thái ban đầu. Khi nút Reset được ấn điện áp
+5V từ nguồn được nối vào chân Reset của vi điều khiển được chạy thẳng xuống đất lúc này
điện áp tại chân vi điều khiển thay đổi đột ngột về 0, VĐK nhận biết được sự thay đổi này và
khởi động lại trạng thái ban đầu cho hệ thống.

Trang 14


GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân

SVTH: Lê Thái Hà

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
5.1 Sơ đồ mạch in:

Hình 12: Mạch in
5.2 Mạch thực tế:

Trang 15


GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân

SVTH: Lê Thái Hà
Hình 13: Mạch thực tế top.

Hình 14: Mạch thực tế bot

Trang 16


GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân

SVTH: Lê Thái Hà

Trang 17


GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân

SVTH: Lê Thái Hà

CHƯƠNG 6: CHƯƠNG TRÌNH NẠP VÀO PIC
#include <16F877A.h>

#fuses NOWDT,NOPUT,HS,NOPROTECT,NOLVP
#USE DELAY(CLOCK=20000000)//thach anh 20Mhz
#define TB1 pin_a2
#define TB2 pin_a3
#define TB3 pin_a4
#use rs232(uart,baud=9600,parity=N,bits=8) int CR=0;
#INT_RDA
void recive()
{
char BT;
BT=getc();
CR=BT;
}
void main()
{
enable_interrupts(GLOBAL);
enable_interrupts(INT_RDA);
while(true)
{
if(CR == '1')
{
output_low(TB1);
}
if(CR == '2')
{
output_high(TB1);
Trang 18


GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân

SVTH: Lê Thái Hà

}
if(CR == '3')
{
output_low(TB2);
}
if(CR == '4')
{
output_high(TB2);
}
if(CR == '5')
{
output_low(TB3);
}
if(CR == '6')
{
output_high(TB3);
}
}
}

Trang 19


GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân

SVTH: Lê Thái Hà

CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN

7.1 Ưu điểm:
• Mạch có thiết kế nhỏ gọn.
• Dễ lắp đặt, giá thành rẻ, dễ dàng kết nối với thiết bị để điều khiển.
• Điều khiển tốt trong phạm vi < 30m.
7.2 Nhược điểm:
• Ứng dụng còn ít chức năng cũng như các tùy chọn còn ít.
• Khoảng cách điều khiển còn tùy thuộc vào từng thiết bị.
• Mạch điều khiển được thiết kế còn khá đơn giản, còn nhiễu khi sử dụng các
thiết bị từ trường cao.
7.3 Ứng dụng:
• Tiết kiệm được thời gian, công sức, và dễ dàng hơn đối với việc điều khiển các
thiết bị ở xa ( nằm trong khoảng cách cho phép sử dụng bluetooth), địa hình
không tốt hoặc thời tiết xấu. Phần lớn ứng dụng này phục vụ tốt cho cuộc sống
hằng ngày của con người.
7.4 Hướng phát triển:
• Thiết kế phần mạch điện hoàn hảo hơn, tích hợp thêm nhiều tính năng mới
như: điều khiển, cảnh báo, đo đạc…vv
• Thiết kế ngôi nhà thông minh.
• Thêm các chuẩn kết nối khác trên mạch điện, điều khiển qua tín hiệu RF, Wifi,
hay qua mạng LAN,…
• Tiếp tục nghiên cứu mạch điều khiển, cũng như ứng dụng trên Mobile Android
để thêm nhiều tính năng mới, cũng như độ ổn định của hệ thống tăng thêm.
Tài liệu tham khảo:
1. www.dientuvietnam.net
2. www.codientu.org
3. www.vntelecom.org
Trang 20

GVHD: TS.Nguyễn Hữu Khánh Nhân

SVTH: Lê Thái Hà

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN
····································································································
····································································································
····································································································
····································································································
····································································································
····································································································
····································································································
····································································································
····································································································
····································································································
····································································································
····································································································
····································································································
····································································································
····································································································
····································································································
29.62%

Trang 21