Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị dân dụng thông qua phần mềm android

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ DÂN DỤNG
THÔNG QUA PHẦN MỀM ANDROID

GVHD: ThS. NGUYỄN VĂN HIỆP
SVTH: TRẦN QUỐC HUY
MSSV: 11141286
SVTH: LƯƠNG NGỌC QUANG
MSSV: 11141305

SKL 0 0 3 7 5 9

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----***---Tp. HCM, ngày…..tháng…… năm 2015

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

Trần Quốc Huy

MSSV: 11141286

Lương Ngọc Quang

MSSV: 11141305

Ngành: CNKT Điện Tử - Truyền Thông

Lớp: 11141CLĐT1

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Văn Hiệp

ĐT: 0909960000

Ngày nhận đề tài: 16/01/2015

Ngày nộp đề tài: 20/7/2015

1. Tên đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ DÂN DỤNG
THÔNG QUA PHẦN MỀM ANDROID
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Tìm hiểu thơng tin qua mạng;
- Sách “Lập trình Android căn bản” tác giả ThS. Nguyễn Văn Hiệp và KS. Đinh
Quang Hiệp;
- Sách “Thực hành vi điều khiển PIC” tác giả ThS. Nguyễn Đình Phú;
- Sách “Thực hành điện tử cơng suất” tác giả ThS. Hồng Ngọc Văn.
3. Nội dung thực hiện đề tài:
- Tìm hiểu cơng nghệ Bluetooth;
- Tìm hiểu hệ điều hành Android và viết ứng dụng trên hệ điều hành này;
- Tìm hiểu đặc tính kỹ thuật của PIC18F4620, module Bluetooth HC-06, module
RTC DS1307;

- Thiết kế và thi công bộ điều khiển.
4. Sản phầm: Hệ thống điều khiển gồm bộ điều khiển thiết bị công suất và phần
mềm ứng dụng BlueControl trên hệ điều hành Android.

i


TRƯỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

ii


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: Trần Quốc Huy

MSSV: 11141286

Họ và tên Sinh viên: Lương Ngọc Quang

MSSV: 11141305

Ngành: CNKT Điện Tử - Truyền Thông
Tên đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ DÂN DỤNG
THÔNG QUA PHẦN MỀM ANDROID

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ...................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.......................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
.......................................................................................................................................
6.

Điểm:……………….(Bằng chữ:........................................................................ )

iii


Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 2015

Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

iv


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên Sinh viên: Trần Quốc Huy

MSSV: 11141286

Họ và tên Sinh viên: Lương Ngọc Quang

MSSV: 11141305

Ngành: CNKT Điện Tử - Truyền Thông
Tên đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ DÂN DỤNG
THÔNG QUA PHẦN MỀM ANDROID
Họ và tên Giáo viên phản biện: .....................................................................................
NHẬN XÉT
7. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
8. Ưu điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
9. Khuyết điểm:

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
10. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.......................................................................................................................................
11. Đánh giá loại:
.......................................................................................................................................
12. Điểm:……………….(Bằng chữ:........................................................................ )

v


Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 2015

Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

vi


LỜI CẢM ƠN
Lời cảm ơn đầu tiên chúng tôi xin gửi tới thầy Nguyễn Văn Hiệp, mặc dù thầy rất
bận trong công việc giảng dạy, nhưng thầy đã đồng ý hướng dẫn đồ án tốt nghiệp
cho nhóm chúng tơi. Trong q trình làm đồ án, thầy ln chỉ bảo, nhắc nhở để
chúng tơi vượt qua những khó khăn và hồn thành đồ án đúng tiến độ. Bên cạnh đó,
cùng với những lời nhận xét, góp ý của thầy cũng giúp chúng tơi có những định
hướng đúng đắn hơn khi thực hiện đề tài.

Chúng tơi cũng xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới quý thầy cô trong khoa ĐiệnĐiện Tử, khoa Đào tạo Chất lương cao. Quý thầy cô là những người đã dạy dỗ,
truyền đạt cho chúng tôi từ những kiến thức cơ bản nhất, đồng thời thường xun
giúp đỡ rất nhiệt tình khi chúng tơi có khó khăn trong vấn đề nghiên cứu đề tài,
không những thế còn tạo điều kiện hết sức thuận lợi để chúng tơi có được mơi
trường, những điều kiện nghiên cứu tốt nhất có thể.
Cuối cùng, chúng tơi khơng qn gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, người thân và
bạn bè là nguồn động viên to lớn hỗ trợ chúng tôi về mặt tinh thần cũng như vật
chất để chúng tơi có thêm động lực và tự tin để hồn thành đồ án này.

Nhóm thực hiện đề tài
Trần Quốc Huy - Lương Ngọc Quang

vii


TÓM TẮT
Thời gian gần đây, khoa học kỹ thuật đang có những bước phát triển mạnh mẽ, đặc
biệt trong lĩnh vực điện tử và công nghệ thông tin. Các chip xử lý được tích hợp
ngày càng nhiều bóng bán dẫn nhưng kích thước lại nhỏ hơn trước và tiêu thụ điện
năng thấp hơn. Sự phát triển đó đã hỗ trợ rất nhiều cho con người, ngày càng nhiều
các hệ thống và thiết bị thông minh được tạo ra để phục vụ cuộc sống. Sản phẩm
thông minh gần gũi với con người nhất đó là điện thoại thơng minh (SmartPhone),
với SmartPhone bạn có thể giải trí, làm việc, cập nhật mọi thông tin cần thiết. Nhờ
vào sự phát triển của lĩnh vực điện tử mà SmartPhone ngày càng được tích hợp
nhiều chức năng trong khi đó giá thành ngày càng rẻ. Một sản phẩm khác cũng rất
gần gũi và phổ biến đó là nhà thơng minh (SmartHome), với SmartHome bạn có thể
kiểm sốt ngơi nhà bất cứ đâu, các thiết bị trong nhà được điều khiển khơng dây
làm tăng thêm tính thẩm mỹ. Hiện nay, một xu hướng mới được hình thành và ứng
dụng rộng rãi là sử dụng SmartPhone điều khiển SmartHome. Từ SmartPhone có
thể quan sát ngơi nhà, điều khiển các thiết bị và cài đặt các chế độ hoạt động cho

ngôi nhà.
Nhận thấy tiềm năng phát triển của điều khiển không dây, đặc biệt là việc sử dụng
SmartPhone để điều khiển thiết bị, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài: “Thiết kế
hệ thống điều khiển thiết bị dân dụng thông qua phần mềm Android”. Đây là
cơ hội để chúng tôi nghiên cứu kết nối không dây Bluetooth, đồng thời tìm hiểu hệ
điều hành Android (hệ điều hành phổ biến nhất trong thế giới SmartPhone hiện
nay). Từ đó có thể tạo ra một ứng dụng điều khiển thiết bị bằng SmartPhone với
nhiều tính năng ứng dụng cơng nghệ truyền không dây Bluetooth.
Mặc dù chúng tôi đã rất cố gắng hồn thành đề tài nhưng chắc chắn sẽ khơng tránh
khỏi những thiếu sót, rất mong q Thầy/Cơ và các bạn sinh viên đóng góp ý kiến
để chúng tơi có thể hoàn thiện đề tài và tạo ra những sản phẩm tốt hơn. Mọi ý kiến
đóng góp xin gửi về email:

Nhóm thực hiện đề tài
Trần Quốc Huy - Lương Ngọc Quang

viii


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ........................................................................ i
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN...................................... iii
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ..........................................v
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... vii
TÓM TẮT .............................................................................................................. viii
MỤC LỤC ................................................................................................................ ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................... xii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ......................................................................... xiii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ ........................................................ xiv
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN.....................................................................................1

1.1. Đặt vấn đề ......................................................................................................1
1.2. Mục tiêu của đề tài.........................................................................................2
1.3. Giới hạn đề tài ...............................................................................................2
1.4. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................3
1.5. Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................3
1.6. Ý nghĩa thực tiễn ...........................................................................................4
1.7. Bố cục của đồ án ............................................................................................4
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................6
2.1. Cơng nghệ Bluetooth .....................................................................................6
2.1.1.

Lịch sử hình thành Bluetooth ..............................................................6

2.1.2.

Khái niệm Bluetooth ...........................................................................8

2.1.3.

Các đặc điểm của công nghệ Bluetooth ..............................................9

2.1.4.

Các khái niệm dùng trong công nghệ Bluetooth ...............................10

2.1.5.

Định nghĩa các liên kết vật lý trong Bluetooth..................................12

2.1.6.

Trạng thái của thiết bị Bluetooth .......................................................13

ix


2.1.7.

Các chế độ kết nối .............................................................................13

2.1.8.

Bluetooth Radio .................................................................................14

2.1.9.

Kỹ thuật trải phổ nhảy tần trong công nghệ Bluetooth .....................17

2.1.10.

Cách thức hoạt động của Bluetooth ..................................................20

2.1.11.

Các tầng giao thức trong Bluetooth ...................................................23

2.2. Hệ thống điều hành Android .......................................................................27
2.2.1.

Khái niệm ..........................................................................................27

2.2.2.

Lịch sử phát triển ...............................................................................28

2.2.3.

Các phiên bản của Android ...............................................................29

2.2.4.

Ưu nhược điểm của Android .............................................................34

2.2.5.

Giới thiệu về nền tảng Android .........................................................36

2.2.5.1. Giới hạn của thiết bị cầm tay .........................................................36
2.2.5.2. Kiến trúc của hệ điều hành Android ..............................................37
2.2.5.3. DELVING với máy ảo DALVIK ..................................................40
2.2.5.4. Chu kỳ ứng dụng trên andoroid .....................................................40
2.3. Hệ thống phần cứng .....................................................................................44
2.3.1.

Module Bluetooth HC – 06 ...............................................................44

2.3.2.

Vi điều khiển PIC18F4620 ................................................................48

2.3.3.

Module RTC DS1307 ........................................................................50

CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG .................................................................55
3.1. Sơ đồ khối hệ thống .....................................................................................55
3.1.1.

Yêu cầu hệ thống ...............................................................................55

3.1.2.

Sơ đồ khối và chức năng từng khối ...................................................56

3.2. Thiết kế, tính tốn hệ thống .........................................................................58
3.2.1.

Thiết kế bộ điều khiển .......................................................................58

3.2.1.1. Khối nguồn ....................................................................................58
3.2.1.2. Khối module Bluetooth..................................................................59

x


3.2.1.3. Khối thời gian thực ........................................................................60
3.2.1.4. Khối nút nhấn ................................................................................61
3.2.1.5. Khối ngõ ra công suất/đèn báo ......................................................62
3.2.1.6. Khối xử lý trung tâm......................................................................65
3.2.2.

Thiết kế ứng dụng trên điện thoại .....................................................76

3.2.2.1. Thiết kế giao diện ..........................................................................77
3.2.2.2. Lập trình code ................................................................................84
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ........................................90
4.1

Bộ điều khiển ...............................................................................................90

4.2

Ứng dụng điều khiển trên điện thoại ...........................................................91

4.3

Hướng phát triển ..........................................................................................94

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................95
WEBSITE THAM KHẢO ......................................................................................96
HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG ......................................................................................97

xi


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
UART: Universal Asynchronous Receiver-Transmitter
WLAN: Wireless Local Area Network
UWB: Ultra-Wide Band
HIPERLAN: High Performance Radio LAN

EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
NFC: Near Field Communication
OS: Operating System
RTC: Real-time Clock
FDMA: Frequency Division Multiple Access
TDMA: Time Division Multiple Access
CDMA: Code Division Multiple Access

xii


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1:

Chức của các chân của module HC-06 .............................................47

Bảng 2.2:

Đặc điểm kỹ thuật của PIC18F4620..................................................49

Bảng 2.3:

Tên và chức năng các chân DS1307 ..................................................52

Bảng 2.4:

Tên và chức năng các thanh ghi thời gian của DS1307 ...................53

Bảng 2.5:

Thanh ghi Control ..............................................................................53

Bảng 2.6:

Thiết lập lựa chọn tần số cho SQW ...................................................54

xiii


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Hình 2.1:

Một Piconet trong thực tế ..................................................................11

Hình 2.2:

Scatternet trong thực tế ......................................................................12

Hình 2.3:

Kỹ thuật trải phổ nhảy tần số ............................................................18

Hình 2.4:

Các packet truyền trên các tần số khác nhau ..................................18

Hình 2.5:

Các packet truyền trên các khe thời gian .........................................19

Hình 2.6:

Cấu trúc gói tin Bluetooth ..................................................................19

Hình 2.7:

Mơ hình Piconet ..................................................................................21

Hình 2.8:

Truy vấn tạo kết nối giữa các thiết bị trong thực tế ........................22

Hình 2.9:

Mơ hình Scatternet trong thực tế ......................................................23

Hình 2.10:

Bluetooth Protocol Stack ................................................................23

Hình 2.11:

Các tầng nghi thức của Bluetooth ..................................................24

Hình 2.12:

Sơ đồ chân của DB-9 RS-232 ..........................................................26

Hình 2.13:

Mơ hình hoạt động của SDP ...........................................................27

Hình 2.14:

Các phiên bản Android ...................................................................29

Hình 2.15:

Giao diện của Android L ................................................................34

Hình 2.16:

Cấu trúc Stack hệ thống Android ..................................................37

Hình 2.17:

Activity Stack ...................................................................................41

Hình 2.18:

Chu kỳ sống của Activity ................................................................42

Hình 2.19:

Hình ảnh thực tế Module Bluetooth HC-06 ..................................44

Hình 2.20:

Mơ hình hardware HC-06 ..............................................................45

Hình 2.21:

Sơ đồ nguyên lý HC-06 ...................................................................48

Hình 2.22:

Sơ đồ chân vi điều khiển PIC18F4620 ...........................................48

Hình 2.23:

Sơ đồ nguyên lý module RTC DS1307 ..........................................51

Hình 2.24:

Hình ảnh thực tế của module RTC DS1307 ..................................51

Hình 2.25:

Thanh ghi thời gian của DS1307 ....................................................52

xiv


Hình 3.1:

Sơ đồ của hệ thống ..............................................................................55

Hình 3.2:

Sơ đồ khối của tồn hệ thống .............................................................56

Hình 3.3:

Hình ảnh thực tế của mạch nguồn xung 220VAC-5VDC ...............59

Hình 3.4:

Hình ảnh thực tế module Bluetooth HC-06 ......................................60

Hình 3.5:

Hình ảnh thực tế của module RTC DS1307 .....................................60

Hình 3.6:

Kết nối nút nhấn với vi điều khiển dùng điện trở kéo lên ..............61

Hình 3.7:

Sơ đồ nguyên lý khối nút nhấn ..........................................................62

Hình 3.8:

Sơ đồ nguyên lý khối ngõ ra cơng suất/đèn báo ...............................64

Hình 3.9:

Sơ đồ ngun lý khối xử lý trung tâm ...............................................66

Hình 3.10:

Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình chính ...........................................67

Hình 3.11:

Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình con “Xử lý nút nhấn”................68

Hình 3.12:

Lƣu đồ giả thuật chƣơng trình con “Xử lý nhấn nút BTNx” .....69

Hình 3.13:

Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình con “”Xử lý hẹn giờ”.................71

Hình 3.14:

Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình con “Xử lý ngắt UART” ...........72

Hình 3.15:

Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình con ”Xử lý kết nối” ...................73

Hình 3.16:

Lƣu đồ giải thuật chƣơng trình con ”Xử lý điều khiển” .............75

Hình 3.17:

Tab tìm kiếm ....................................................................................77

Hình 3.18:

Tab lịch sử ........................................................................................78

Hình 3.19:

Actionbar ..........................................................................................78

Hình 3.20:

Màn hình điề khiển..........................................................................79

Hình 3.21:

Màn hình cài đặt tên thiết bị ..........................................................79

Hình 3.22:

Màn hình hẹn giờ .............................................................................80

Hình 3.23:

Cửa sổ thiết giao diện ......................................................................81

Hình 3.24:

Cửa sổ Properties ............................................................................81

Hình 3.25:

Layout hẹn giờ thực tế ....................................................................83

Hình 3.26:

Cấu trúc một Project .......................................................................84

Hình 4.1:

Bộ điều khiển sau khi hồn thành .....................................................90

xv


Hình 4.2:

Điều khiển thiết bị trên bộ điều khiển ..............................................90

Hình 4.3:

Giao diện tìm kiếm..............................................................................91

Hình 4.4:

Giao diện lịch sử ..................................................................................92

Hình 4.5:

Giao diện điều khiển ...........................................................................92

Hình 4.6:

Điều khiển thiết bị bằng ứng dụng trên điện thoại ..........................93

Hình 4.7:

Lịch sử điều khiển của thiết bị ...........................................................94

xvi


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.

Đặt vấn đề

Ngày nay, xã hội phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật ngày càng hiện đại nên nhu
cầu về trao đổi thông tin giải trí, nhu cầu về điều khiển các thiết bị từ xa,…ngày
càng cao. Và những hệ thống dây cáp phức tạp lại không thể đáp ứng nhu cầu này,
nhất là ở những khu vực chật hẹp, những nơi xa xôi, trên các phương tiện vận
chuyển,… Vì vậy cơng nghệ khơng dây đã ra đời và phát triển mạnh mẽ, tạo rất
nhiều thuận lợi cho con người trong đời sống hằng ngày. Kỹ thuật không dây phục
vụ rất nhiều nhu cầu khác nhau của con người từ nhu cầu làm việc, học tập đến các
nhu cầu giải trí như chơi game, xem phim, nghe nhạc.… Với nhu cầu đa dạng và
phức tạp đó kỹ thuật khơng dây đã đưa ra nhiều chuẩn với các đặc điểm kỹ thuật
khác nhau để phù hợp với từng nhu cầu mục đích và khả năng của người sử dụng
như IrDA, WLAN với chuẩn 802.11, ZigBee, OpenAir, UWB, Bluetooth… Mỗi
chuẩn kỹ thuật đều có những ưu khuyết điểm riêng của nó và Bluetooth đang dần

nổi lên là kỹ thuật khơng dây có nhiều ưu điểm rất thuận lợi cho những thiết bị di
động. Với một tổ chức nghiên cứu đông đảo, hiện đại và số lượng nhà sản xuất hỗ
trợ kỹ thuật Bluetooth vào sản phẩm của họ ngày càng tăng, Bluetooth đang dần lan
rộng ra khắp thế giới, xâm nhập vào mọi lĩnh vực của thiết bị điện tử và trong tương
lai mọi thiết bị điện tử điều có thể hỗ trợ kỹ thuật này.
Trong những năm gần đây công nghệ truyền nhận dữ liệu không dây đang có
những bước phát triển mạnh mẽ, góp cơng lớn trong việc phát triển các hệ thống
điều khiển, giám sát từ xa, đặc biệt là các hệ thống thông minh. Hiện nay, có khá
nhiều cơng nghệ khơng truyền nhận dữ liệu khơng dây như RF, Wifi, Bluetooth,
NFC,…Trong đó, Bluetooth là một trong những công nghệ được phát triển từ lâu và
luôn được cải tiến để nâng cao tốc độ cũng như khả năng bảo mật. Trên thị trường
Việt Nam hiện nay chưa có nhiều sản phẩm điều khiển thiết bị khơng dây, đa số
những sản phẩm hiện có đều là nhập khẩu từ nước ngoài với giá thành cao. Việc
nghiên cứu và thiết kế một bộ sản phẩm 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 điều khiển thơng
minh. Do đó, chúng tơi quyết định thực hiện đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển
thiết bị dân dụng thông qua phần mềm Android”. 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

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
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
thông tin hơn.
1.2.

Mục tiêu của đề tài

Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển gồm bộ điều khiển thiết bị công suất
và ứng dụng BlueControl chạy trên hệ điều hành Android. Hệ thống có chức năng
điều khiển thiết bị thông qua công nghệ Bluetooth bằng ứng dụng BlueControl trên
hệ điều hành Android hoặc điều khiển thiết bị trực tiếp bằng nút nhấn có trên bộ
điều khiển. Một số yêu cầu đối với hệ thống:
-

Bộ điều khiển thiết kế đơn giản, gọn nhẹ và thẩm mỹ. Dễ dàng sửa chữa và
thay thế linh kiện khi gặp sự cố trong quá trình sử dụng;

-

Phầm mềm điều khiển trên hệ điều hành Android có giao diện đẹp, trực
quan, thân thiện với người dùng đồng thời cho phép tùy chỉnh phù hợp với
yêu cầu của người sử dụng. Hỗ trợ nhiều thiết bị sử dụng nền tảng Android
(từ phiên bản Android V4.1 trở lên);

-

Có khả năng hoạt động ổn định trong thực tế;

-

Có khả năng mở rộng một cách linh hoạt để tăng số lượng thiết bị điều khiển.
Việc mở rộng có thể thực hiện bởi người sử dụng mà không cần sự hỗ trợ từ
nhân viên kỹ thuật;

-

Tối ưu hóa các quy trình thiết kế thi cơng để giảm giá thành.

1.3.

Giới hạn đề tài

Hiện nay, trên thị trường có khá nhiều sản phẩm có chức năng điều khiển
thiết bị bằng hệ điều hành Android như điện thoại, các thiết bị di động…., tùy thuộc
vào mục đích sử dụng mà mỗi sản phẩm có những đặc điểm và tính năng riêng biệt,
với mục tiêu đề ra ban đầu, chúng tơi chỉ thiết kế sản phẩm có những tính năng cơ
bản nhất của một sản phẩm điều khiển thiết bị qua hệ điều hành Android:
-

Bộ điều khiển thiết bị công suất với 5 ngõ ra cố định, công suất mỗi ngõ ra
1000W, điện áp ngõ ra 220VAC;

-

Cho phép thay đổi trạng thái các ngõ ra trực tiếp bằng nút nhấn có trên bộ
điều khiển;

-

Có đèn báo trạng thái nguồn, trạng thái kết nối với điện thoại điều khiển và
trạng thái hoạt động của các thiết bị;

2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-

Phần mềm điều khiển cập nhật trạng thái thiết bị liên tục, ghi chú lịch sử tắt
mở thiết bị để xem lại và cho phép hẹn giờ mở tắt các thiết bị;

-

Chỉ hoạt động trên các thiết bị chạy hệ điều hành Android 4.1 trở lên, không
hỗ trợ các hệ điều hành khác như IOS, Blackbery OS, Window Phone,
Symbian,….

-

Một số tính năng chưa có của bộ sản phẩm:

-

Không hỗ trợ camera giám sát;

-

Không hỗ trợ điều khiển qua Internet;

-

Không hỗ trợ nâng công suất ngõ ra;

-

Không hỗ trợ tùy chỉnh ngơn ngữ.

1.4.

Đối tƣợng nghiên cứu

Sau khi tìm hiểu thông tin về đề tài, cùng với những hiểu biết sẵn có và tìm
kiếm thơng tin từ những đồ án các khóa trước đã thực hiện, chúng tơi xác định các
đối tượng cần nghiên cứu là:
-

Công nghệ Bluetooth: khái niệm về Bluetooth, các đặc điểm của công nghệ
Bluetooth, liên kết vật lý trong công nghệ Bluetooth, các chế độ kết nối, cách
thức hoạt động;

-

Hệ điều hành Android: kiến trúc hệ điều hành Android, chu kỳ sống các ứng
dụng chạy trên hệ điều hành Android, phần mềm hỗ trợ lập trình Eclipse,
ngơn ngữ lập trình Java;

-

Module Bluetooth HC-06: các thơng số kỹ thuật, nguyên lý hoạt động của
module HC-06;

-

Vi điều khiển PIC18F4620: các thông số kỹ thuật nổi bật phù hợp với yêu
cầu đề tài, sự hỗ trợ phần cứng của vi điều khiển để lập trình code điều khiển

cho phù hợp;

-

Module RTC DS1307: các thông số kỹ thuật của module; nguyên lý hoạt
động, các thanh ghi của DS1307.

1.5.

Phƣơng pháp nghiên cứu

Do điều kiện về môi trường nghiên cứu, chúng tơi khơng có điều kiện làm
việc trong các phịng LAB với nhiều thiết bị hỗ trợ, do đó phương pháp nghiên cứu
chủ yếu là:

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-

Tham khảo tài liệu: các đồ án liên quan đến đề tài mà các khóa trước đã thực
hiện, tìm kiếm thơng tin trên Internet;

-

Thực nghiệm trực tiếp trên các kit phát triển có sẵn để kiểm tra phần cứng và
phần mềm sau đó điều chỉnh các thơng số cho phù hợp với điều kiện thực tế.

1.6.

Ý nghĩa thực tiễn

Khi mà lĩnh vực điện tử đang có sự phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là sự ra đời
của SmartPhone sử dụng hệ điều hành Android với số lượng tăng theo cấp số nhân,
việc nghiên cứu hệ điều hành Android và phương pháp lập trình di động có ý nghĩa
rất lớn đặc biệt đối với sinh viên ngành Điện – Điện tử. Từ đó có thể thiết kế ra sản
phẩm là sự kết hợp giữa thiết bị sử dụng hệ điều hành Android mà điển hành là thiết
bị động như smartphone và các mạch điện tử cơ bản tạo thành một hệ thống thơng
minh. Sản phẩm sau khi hồn thành của đồ án này cũng chính là sự kết hợp giữa
thiết bị chạy hệ điều hành Android và các mạch điện tử cơ bản có tính ứng dụng
cao, đặc biệt trong việc phát triển các hệ thống điều khiển không dây, mở ra một
hướng đi khác cho sự phát triển của các hệ thống điều khiển thông minh. Một số
ứng dụng trong thực tế của hệ thống:
-

Điều khiển các thiết bị điện gắn nhiều nơi trong nhà mà không cần di chuyển
đến chỗ gắn công tắc, hoặc khi về nhà vào buổi tối bạn có thể bật đèn trong
nhà trước khi vào;

-

Tăng tính thẩm mỹ đối với các ngơi nhà thông minh, không cần đặt các công
tắc điều khiển khắp nhà, gây nguy hiểm khi nhà có trẻ em;

-

Bảo vệ an tồn cho người sử dụng, có thể điều khiển các thiết bị điện công
suất lớn từ xa;

-

Hẹn giờ để tự động bật tắt thiết bị;

-

Hạn chế sử dụng các đường dây kết nối phức tạp để điều khiển các thiết bị
công suất gia dụng;

-

Các hệ thống trang trại chăn nuôi và các vườn ươm hoa, cây giống: giúp bật
đèn từ xa cho những khu vực thiếu ánh sáng, bật quạt thơng gió cho khu vực
có nhiệt độ cao hơn so với quy định giảm thiểu số công tắc điều khiển, điều
khiển linh hoạt chỉ bật những thiết bị cần sử dụng.

1.7.

Bố cục của đồ án
Phần còn lại của đồ án có nội dung như sau:

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này sẽ trình bày khái qt cơng nghệ Bluethooth (Khái niệm, đặc

điểm, chế độ kết nối, kỹ thuật truyền dữ liệu và cách thức hoạt động), các thông số
và ý nghĩa của các linh kiện chính sử dụng cho thiết kế bộ điều khiển (vi điều khiển
PIC18F4620, IC Real-Time DS1307, module Bluetooth HC-06), kiến thức cơ bản
về hệ điều hành Android hỗ trợ cho lập trình phần mềm điều khiển trên điện thoại ở
chương sau.
-

Chương 3: Thiết kế hệ thống

Chương này sẽ trình bày sơ đồ khối của bộ điều khiển, đưa ra các phương án thực
hiện và lựa chọn phương án tối ưu nhất để thực hiện. Chương này cũng trình bày
các u cầu cần có đối với phần mềm điều khiển trên điện thoại từ đó làm cơ sở để
viết ứng dụng trên điện thoại. Ngồi ra cịn trình bày phần yêu cầu đối với phần
mềm điều khiển của vi điều khiển và lưu đồ hoạt động của chương trình.
-

Chương 4: Kết quả vả hướng phát triển

Chương này sẽ trình bày các kết quả đạt được sau thời gian thực hiện đề tài
gồm có hình ảnh về sản phẩm (bộ điều khiển và ứng dụng trên điện thoại), các kết
quả điều khiển của sản phẩm đồng thời cũng đưa ra những kết luận sau khi hoàn
thành sản phẩm, các hướng phát triển của đề tài để có thể phát triển sản phẩm tốt
hơn trong tương lai.

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1.

Công nghệ Bluetooth

Ngày nay, rất nhiều thiết bị được tích hợp cơng nghệ Bluetooth để cho phép
truyền thông không dây với các thiết bị Bluetooth khác.Dưới đây là một số đặc
điểm đặc trưng của cơng nghệ Bluetooth.
2.1.1. Lịch sử hình thành Bluetooth
Tên gọi Bluetooth (có nghĩa là “răng xanh”) là tên của nhà vua Đan Mạch –
Harald I Bluetooth (Danish Harald Blaatand người đã thống nhất Thụy Điển và Na
Uy, người Viking nổi tiếng về giúp mọi người có thể giao tiếp, thương lượng với
nhau. Thời điểm ban đầu của kỷ nguyên cơng nghệ khơng dây Bluetooth, Bluetooth
có ý nghĩa là thống nhất cơng nghiệp máy tính và viễn thơng).
Năm 1994: Lần đầu tiên hãng Ericsson đưa ra một đề án nhằm hợp nhất liên
lạc giữa các loại thiết bị điện tử khác nhau mà không cần phải dùng đến các sợi cáp
nối cồng kềnh, phức tạp. Đây thực chất là một mạng vô tuyến cự ly ngắn chỉ dùng
một vi mạch cỡ 9mm có thể chuyển các tín hiệu song vơ tuyến điều khiển thay thế
cho các sợi dây cáp điều khiển phức tạp.
Năm 1998: 5 công ty lớn nhất thế giới gồm Ericsson, Nokia, IBM, Intel và
Tosiba đã liên kết, hợp tác thiết kế và triển khai phát triển một chuẩn công nghệ kết
nối không dây mới mang tên Bluetooth nhằm kết nối các thiết bị vi điện tử lại với
nhau dùng sóng vơ tuyến.
Ngày 20/5/1998: Nhóm nghiên cứu Special Interest Group – SIG chính thức
được thành lập với mục đích phát triển cơng nghệ Bluetooth trên thị trường viễn
thơng. Bất kỳ cơng ty nào có nhu cầu sử dụng cơng nghệ Bluetooth đều có thể tham
gia.
Tháng 7/1999: Các chun gia trong SIG đã đưa ra thuyết minh kỹ thuật
Bluetooth phiển bản 1.0.
Năm 2000: SIG đã bổ sung 4 thành viên mới là 3Com, Lucent Technologies,
Microsoft và Motorola. Công nghệ Bluetooth đã được cấp dấu chứng nhập kỹ thuật

ngay trong lần ra mắt đầu tiên. Các thông số kỹ thuật của Bluetooth phát triển bởi
SIG là mở và free trên website http//:www.bluetooth.org và đã có hơn 2100 cơng ty
trên tồn thế giới sử dụng. Công nghệ Wireless Personal Area Network (WPAN)
dựa trên nền Bluetooth bây giờ là một chuẩn IEEE dưới tên gọi 802.15 WPANS.

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Năm 2001: Bluetooth 1.1 ra đời cùng với bộ Bluetooth software
development kit – XTNDAccess Blue SDK, đánh dấu bước phát triển chưa từng có
của cơng nghệ Bluetooth trên nhiều lĩnh vực khác nhau với sự quan tâm của nhiều
nhà sản xuất mới. Bluetooth được bình chọn là công nghệ vô tuyến tốt nhất năm.
Tháng 7/2002: Bluetooth SIG thiết lập cơ quan đầu não toàn cầu tại
Overland Park, Kansas, USA. Năm 2002 đánh dấu sự ra đời của các thế hệ máy tính
Apple hỗ trợ Bluetooth. Sau đó không lâu Bluetooth cũng được thiết lập trên máy
Macintosh với hệ điều hành MAC OXS. Bluetooth cho phép chia sẻ tập tin giữa các
máy MAC, đồng bộ hóa và chia sẻ thông tin liên lạc các máy Palm, truy cập
Internet thơng qua điện thoại di động có hỗ trợ Bluetooth (Nokia, Ericsson,
Motorola…).
Tháng 5/2003: CSR (Cambridge Silicon Radio) cho ra đời một chip
Bluetooth mới với khả năng tích hợp dễ dàng và giá cả hợp lý. Điều này góp phần
cho sự ra đời thế hệ Motherboard tích hợp Bluetooth, giảm sự chêch lệnh giá cả
giữa mainboard cellphone có và khơng có Bluetooth. Tháng 11/2003 dòng sản
phẩm Bluetooth 1.2 ra đời. Tổ chức Cahners In-Stat dự báo rằng các sản phẩm gắn
Bluetooth sẽ lên tới 1 tỷ.
Năm 2004: các công ty điện thoại di động tiếp tục khai thác thị trường sôi
nổi này bằng cách cho ra đời các thế hệ di động đời mới hỗ trợ Bluetooth ( N7610,
N6820, N6230 ). Motorola cho ra sản phẩm Bluetooth đầu tay của mình. Các sản
phẩm Bluetooth tiếp tục ra đời và được xúc tiến mạnh mẽ qua chương trình

“Operatiton Blueshock” International Consumer Electronics Show (CES) tại Las
Vegas ngày 9/1/2004.
Ngày 6/1/2004: trong hội nghị Bluetooth CES ở Las Vegas, tổ chức
Bluetooth SIG thông báo con số thành viên của mình đã đạt con số 3000, trở thành
tổ chức có số thành viên đơng đảo thuộc nhiều lĩnh vực cơng nghệ: từ máy móc tự
động đến thiết bị y tế, PC đến điện thoại di động, tất cả đều sử dụng kỹ thuật không
dây tầm ngắn trong sản phẩm của họ.
Bluetooth hiện đang có tốc phát triển khá nhanh với khả năng ứng dụng ngày
càng đa dạng, theo tính tốn của cơng ty nghiên cứu thị trường Frost & Sulivan,
trong năm 2001 có 4,2 triệu sản phẩm sử dụng công nghệ Bluetooth được đưa ra thị
trường con số này sẽ tăng 1,01 tỷ vào năm 2006.
Năm 2008: Bluetooth 3.0 ra đời hỗ trợ tốc độ truyền tải dữ liệu lên đến
24Mbps, và dành chủ yếu cho các ứng dụng audio và chia sẻ file. Có thể nói đây là

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
lần sinh nhật thứ 10 của Bluetooth, chưa có cơng nghệ khơng dây nào phát triển
nhanh đến như vậy, chỉ trong vòng 10 năm đã đạt được trên trên 2 tỉ sản phẩm ứng
dụng.
Năm 2009: phiên bản mới nhất của Bluetooth vừa được tổ chức SIG thông
qua, tuy nhiên khác với Bluetooth 3.0, bản Bluetooth 4.0 mới nhất chỉ dành cho các
lĩnh vực y tế, chăm sóc sức khỏe và an ninh. Theo giám đốc marketing Anders
Edlund của SIG thì Bluetooth 4.0 chủ yếu dành cho các ứng dụng sức khỏe và chăm
sóc y tế chăng hạn như đồng hồ đeo tay theo dõi sức khỏe hoặc trang bị cho các bộ
cảm biến nhiệt độ, nhịp tim, thể thao và các thiết bị sử dụng tại nhà.
Năm 2010 đến nay: Bluetooth đã được đưa vào trong máy tính để kết nối các
máy tính với nhau hoặc máy tính và điện thoại, các cơng ty máy tính và điện thoại
đã hàng loạt cho ra đời các thế hệ máy tính, điện thoại khác nhau có tầm ứng dụng

cao hơn. Có thể nói đây là giai đoạn mà cơng nghệ Bluetooth phát triển ở trong máy
tính với sự ra đời của các thế hệ máy tính có kết nối Bluetooth. Do vậy không chỉ
ứng dụng công nghệ Bluetooth chỉ trong di động để chia sẽ dữ liệu bây giờ chúng ta
có kết nối 2 máy tính gần nhau để truy cập trao đổi dữ liệu mà không cần cáp.
2.1.2. Khái niệm Bluetooth
Bluetooth là công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giao
tiếp với nhau trong khoảng cách ngắn, bằng sóng vơ tuyến qua băng tần chung ISM
(Industrial, Scientific, Medical) trong dãy tần số 2.4 – 2.48GHz và có khả năng
truyền tải giọng nói và dữ liệu. Đây là dãy băng tần không cần đăng ký được dành
riêng cho các thiết bị không dây trong công nghiệp, khoa học và y tế.
Bluetooth được thiết kế nhằm mục đích 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 với giá thành rẻ.
Khi được kích hoạt, Bluetooth có thể tự động định vị những thiết bị khác có
chung cơng nghệ trong vùng xung quanh và bắt đầu kết nối với chúng. Nó được
định hướng sử dụng cho truyền dữ liệu lẫn giọng nói.
Cơng nghệ khơng dây Bluetooth là một tiêu chuẩn trong thực tế, dùng cho
các thiết bị cỡ nhỏ, chi phí thấp, liên kết giữa PC và điện thoại di động hoặc giữa
các máy tính với nhau…

8