Kỷ yếu Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học, Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng năm 2013 ỨNG DỤNG BLUETOOTH VÀ RF TRONG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ GIA DỤNG RF & BLUETOOTH APPLICATIONS IN CONTROL CIVIL ELECTRONIC DEVICE SVTH: Trương Văn Trương Lớp08DT1 , Khoa Điện tử Viễn thông, Trường Đại học Bách Khoa , Đại học Đà Nẵng GVHD: Phạm Xuân Trung Khoa Điện tử Viễn thông, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Hệ thống điều khiển thiết bị điện qua Bluetooth RF nhằm mục đích tăng cường tính tiện dụng thẩm mỹ mạng điện nhà với mô hình kết nối không dây điều khiển trực tiếp qua Smartphone có hỗ trợ hệ điều hành Android ,Windows Đây vấn đề có ý nghĩa thời đại Smartphone bùng nổ ngày hỗ trợ sống người tốt Bên cạnh đó,mô hình có tiềm ứng dụng tòa nhà chung cư, nên đề tài có tích hợp module thu phát RF giúp tầm điều khiển tăng lên cao,đảm bảo tính hiêu thẫm mĩ Từ khóa : Bluetooth , Android , RF, Smartphone , Windows ABSTRACT Controlling device system via Bluetooth and RF aims to enhance the usability and aesthetics of the electrical network models with wireless connection.They are controlled directly via Smartphone that supports operating systems such as Android, Windows This is a very significant meaning in an era of booming smartphones and increasingly support human life better Besides, this model has potential applications in the apartment building,villa.So that the subject is integrated RF transceiver modules help increasing high-level control and ensuring effectiveness and aesthetic Key word : Bluetooth , Android , RF , Smartphone , Windows Đặt vấn đề Trên giới,vấn đề nghiên cứu ứng dụng Bluetooth mẻ.Bluetooth tích hợp sử dụng cho nhiều hệ thống tai nghe không dây,mạng không dây máy tính cá nhân không gian hẹp đòi hỏi băng thông,giao tiếp không dây với thiết bị vào máy tính…Ngày nay,Bluetooth họat động không Laptop hay điện thoại mà mở rộng qua thiết bị dân dụng tivi hay nồi cơm điện.Việc điều khiển thiết bị dân dụng qua Bluetooth nghiên cứu chưa phát triển rộng rãi rào cản giá thành hiệu chưa cao Trong nước,việc điều khiển thiết bị gia dụng không dây hầu hết dùng sóng 3G,Wifi GPRS mà chưa sâu nghiên cứu Bluetooth.Rải rác đề tài nghiên cứu Bluetooth dừng lại mức demo mà chưa đưa mô hình hoàn thiện chưa Kỷ yếu Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học, Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng năm 2013 khắc phục điểm yếu lớn Bluetooth khoảng cách truyền ngắn Ngày nay,việc sử dụng thiết bị điều khiển từ xa trở nên phổ biến.Tuy nhiên,sự tiện ích điều khiển chưa cao, gặp phải số hạn chế khoảng cách ngắn, số lượng thiết bị hạn chế, khó mở rộng thông thường sử dụng hồng ngoại nên góc điều khiển hẹp.Lấy ý tưởng cải tiến điều khiển để loại bỏ nhược điểm trên,đề tài thực thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị qua Bluetooth sóng RF máy tính điện thoại Android Mô hình hệ thống Thiết bị hỗ trợ Bluetooth Cơ cấu chấp hành Thiết bị thu Bluetooth Module HC06 Khối xử lý trung tâm Thiết bị phát RF Cơ cấu chấp hành Khối xử lý tầm xa Thiết bị thu RF -Thiết bị hỗ trợ Bluetooth mobile máy tính hoạt động hệ điều hành Windows Android giúp ta dễ dàng lập trình ứng dụng -Module HC06 module Bluetooth truyền nhận liệu class -Cơ cấu chấp hành bao gồm hệ thống đèn điện,động bơm nước động cửa -Khối xử lý trung tâm tầm xa sử dụng PIC16F877A mã hóa giải mã tín hiệu Bluetooth RF -Thiết bị thu phát RF sử dụng module RF công suất nhỏ truyền tín hiệu tầm xa Giải vấn đề 3.1 Giải phần mềm 3.1.1 Thực giao diện Laptop với C# Giao diện thực theo phương pháp giao tiếp qua cổng COM.Lí thiết bị kết nối truyền liệu có dây không dây với PC hệ điều hành quy định cổng COM làm cổng giao tiếp.Tiếp đến trình đồng thông số quan trọng phiên truyền thông Baud,Parity bit,Stop bit,Data bit…Việc kết nối hoàn thành giúp thao tác liệu diễn ra.Khi không nhu cầu trao đổi thông tin,ta ngắt kết nối giải phóng đường truyền Bluetooth[3] Kỷ yếu Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học, Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng năm 2013 Hình 3.1 Các bước tạo giao diện qua C# giao diện thực tế 3.1.2 Thực giao diện Andoid phone với Java Việc quét thiết bị đảm bảo công đoạn trao quyền Admin cho hệ thống vấn đề hỗ trợ Bluetooth thiết bị,đồng thời gửi yêu cầu kết nối Bluetooth.Tiến trình truy vấn giúp máy chủ cập nhật thông tin thu Bluetooth đích.[4]Ngay sau trình thiết lập kênh thông tin kết nối thiết bị.Thực thao tác liệu truyền nhận Hình 3.2 Các bước tạo giao diện qua Java thiết bị hủy kết nối nhu cầu[2] giao diện thực tế 3.2 Giải phần cứng 3.2.1 Mạch xử lý trung tâm J5 J1 J2 J3 9V 5V 3.3V NGUON DC 5V OUT 9V IN RX11 TX11 J8 PGC PGD 5V MCLR RX_HC TX_HC 5V Machnap 0 5V J9 9V R6 330 R10 10K SW3 LED IN OUT MCLR D8 10 U1 MCLR TX RX 15 16 17 18 23 24 25 26 C6 RESET 33p 13 RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF-/CVREF RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SS*/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RC1/T1OSI/CCP2 RC2/CCP1 RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT 33p 14 12 31 RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 OSC1/CLKIN RE0/RD*/AN5 RE1/WR*/AN6 RE2/CS*/AN7 Y1 4Mhz C7 MCLR*/VPP 19 20 21 22 27 28 29 30 VDD VDD R4 330 R9 330 R11 330 R3 10K Q1 2N2222 D4 D5 D6 R1 2.2k TX_HC LED LED LED Q2 2N2222 PORTE : LED CHI THI PORTB : HIEN THI LED PORTD : DIEU KHIEN 220V Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý trung tâm 5V RX 5V RC6,RC7 : GIAO TIEP BLUETOOTH TX R2 2.2k 11 32 PIC16F877A R5 1K RX_HC 3.3V OSC2/CLKOUT VSS VSS GIAO TIEP BLUETOOTH HIEN THI LED 10 VI XU LY RC2,RC3: RF DATA C3 C2 C1 C0 H3 H2 PGC PGD 33 34 35 36 37 38 39 40 Kỷ yếu Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học, Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng năm 2013 Việc bật tắt thiết bị kiểm tra luân phiên theo vòng lặp tùy vào chuỗi lệnh nhận được[1],mô tả đầy đủ theo bảng 2.1: Bảng 3.1 Bảng mô tả chuỗi liệu truyền nhận Mobile Android/PC với PIC16F877A Công việc Dữ liệu Đèn sáng/tắt a(dinhthoi1)#/b# Đèn sáng/tắt c(dinhthoi1)#/d# Đèn sáng/tắt e(dinhthoi1)#/f# Fan Lv1/2/3 g/h/i(dinhthoi2)# Fan off k# Đèn sáng/tắt m#/n# Đèn sáng/tắt o#/p# Đèn sáng/tắt r#/q# Cửa mở/đóng y#/z# Motor chạy/dừng j#/w# 3.2.2 Mạch xử lý từ xa J5 1 U6 9V LM7805C/TO IN J3 GND SW1 J4 OUT 5V 9V IN 5V OUT SW KEY-SPST 0 NGUON DC RX11 TX11 R13 100 ra1 J2 R10 SW3 den1 PGC PGD R6 RESET D80 Machnap 330 220V Q6 TRIAC BT138 LED 5V MCLR U3 MOC3020 10K 5V 100 R12 D7 M CLR 0 LED R15 100 OUT den3 15 16 17 18 23 24 25 26 C6 33p 13 33p 14 12 31 RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 den2 U4 MOC3020 Q7 TRIAC BT138 220V LED 19 20 21 22 27 28 29 30 R17 100 ra3 R16 D9 100 den3 U5 MOC3020 Q8 TRIAC BT138 OSC1/CLKIN RE0/RD*/AN5 RE1/WR*/AN6 RE2/CS*/AN7 Y1 4Mhz C7 RC0/T1OSO/T1CKI RC1/T1OSI/CCP2 RC2/CCP1 RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT 100 RC1,RE0,RE1: OUTPUT CONTROL LIGHT R14 33 34 35 36 37 38 39 40 10 den1 den2 IN LED 220V RC0,RE2 : DATA RF RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF-/CVREF RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SS*/C2OUT RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD 4 MCLR*/VPP MCLR D8 ra2 U1 OSC2/CLKOUT VSS VSS VDD VDD 11 32 J42 5V PIC16F877A DIEU KHIEN DEN 220V VI XU LY ra1 ra2 ra3 220V Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý từ xa  Để truyền liệu xa ta thực điều chế giải điều chế theo mã Manchester [5] phù hợp với việc lập trình vi điều khiển module RF sử dụng đề tài Mã hóa Kỷ yếu Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học, Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng năm 2013 Manchester loại mã biphase dễ dàng khôi phục tín hiêu đồng hồ  Bắt đầu khung truyền gói data_start có nhiệm vụ làm khung truyền nhờ chuỗi xung vuông mức cao liên tục  Tiếp đến gói pulse_start làm header cho khung truyền,báo cho bên thu biết bắt đầu trình truyền thông cách gửi chuỗi xung đặc biệt chân data với chu kì 3ms.Tương tự cho header pulse_finish  Gửi liệu qua gói sent_array Thực chất vòng lặp theo chiều dài array gửi tất byte gói M_sent_byte.Trong gói lại duyệt theo chiều dài byte= bit để gửi bit Quá trình thu giải mã tín hiệu cụ thể sau:  get_start:chỉ bắt đầu truyền thông nhận gói bit Hình 3.5 Mã hóa giải mã hoàn toàn.Phương pháp sử dụng vòng lặp chờ bit 1.Khi có liệu bit đến,biến đếm i khởi tạo đếm số bit tiếp theo.Nếu liên tiếp nhận số lượng bit 24 set cờ báo nhận,bắt đầu trình truyền thông  Xung start có dạng xung vuông chu kì 3ms.Vì ta phải dùng hàm get_pulse_start để đảm bảo bắt xác.Hàm liên tục kiểm tra bit đầu tiên,nếu nhiễu xuất ta dùng vòng lặp đợi bit 1.Biến đếm thời gian khởi tạo.Nếu bit tồn tạo khoảng thời gian xấp xỉ 3ms gói start chấp nhận  Nhận liệu gói get_array theo trình tự bit ngược lại so với bên phát.Nhận giải mã bit đủ byte.Nhận byte hết chiều dài array  Dừng trình truyền thông nhận xung kết thúc get_pulse_finish 3.3 Nhận xét Đề tài giải yêu cầu đề đồng thời tối ưu hóa hệ thống môi trường thực tế.Tín hiệu điều khiển ổn định nhờ việc lập trình đồng phân chia theo module.Quá trình hoạt động mạch mô phần mềm cho hoạt động điều kiện thực tế nhiều nguồn nhiễu thu kết theo bảng 3.2 Bảng 3.2 Kết thực tế test hệ thống Khu vực hoạt Số lần thử tín Tầm hoạt động Tầm hoạt động Tỉ lệ phần trăm động hiệu điều khiển Bluetooth(m) RF(m) xác 30 Trong nhà 30 Ngoài trời Khu vực có 20 nhiều sóng Wifi,Bluetooth 10 m 10 m 10 m ~ 20 m ~ 80 m ~ 50 m 100% 100% 100% Kỷ yếu Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học, Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng năm 2013 Kết luận 4.1 Kết - Đề tài “Ứng dụng Bluetooth RF điều khiển thiết bị gia dụng” đạt kết cụ thể sau:  Nắm rõ giao tiếp Bluetooth giao tiếp RF  Tìm hiểu hệ điều hành Android,các ngôn ngữ lập trình C# Java  Thực viết ứng dụng Mobile Android Laptop  Thực kết nối Mobile Android/Laptop, module Bluetooth PIC16F877A  Thực khối phần cứng liên quan đến trình điều khiển cấp nguồn Hình 4.1 Mô hình hệ thống 4.2 Những hạn chế - Những ứng dụng thô , giao diện đơn điệu - Sử dụng chip thừa nhiều chân,chưa tối ưu linh kiện 4.3 Hướng phát triển - Mở rộng thiết bị điều khiển - Thay đổi giao diện người dùng - Phát triển hệ thống điều khiển - Phát triển hệ thống tiết kiệm lượng Tài liệu tham khảo [1] Cộng đồng Điện tử Việt Nam (2008 ) CCS for PIC16F977A [2] Phạm Quang Đạo , Nguyễn Hoàng Nam (2011) Báo cáo lập trình Android.Bài tập lớn, Đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh [3] Nguyễn Ngọc Bình Phương,Thái Thanh Phong, et al (2009) Ngôn ngữ lập trình C# Kỷ yếu Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học, Trường Đại học Bách khoa-Đại học Đà Nẵng năm 2013 Nhà xuất Giao thông Vận Tải ,Tp.Hồ Chí Minh [4] Koltykov A.V.( 28.01.2013) Data transfer between Android and Arduino via Bluetooth , Russia [5] Fernando E.Valdes-Perez, Ramon Pallas-Areny (2009) Fundamemtals and Application with PIC CRC Press, New York Tác giả SVTH: Trương Văn Trương Lớp: 08ĐT1, Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng Địa :K24/25 Ngô Sĩ Liên,Liên Chiểu,Đà Nẵng Số điện thoại 01688497734 Email : vantruong57@gmail.com