Đang tải... (xem toàn văn)
có sơ đồ nguyên lý, sơ đồ khối và lưu đồ giải thuật, mạch in và code đầy đủ cho mạch điều khiển thiết bị bằng bluetooth dùng PIC16F ...............................................................................................................................................................
MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Sơ đồ khối……………………………………………………………………….……7 Hình 2.1: Vi điều khiển PIC16F877A………………………………………………….….….9 Hình 2.2: Chức PIC 16F887A……………………………………….… Hình 2.3: Sơ đồ chân vi điều khiển 16F887A………………………………………… … 10 Hình 2,4: Module Bluetooth HC-06………………………………………………… ….….10 Hình 4.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển thiết bị qua Bluetooth………………….…… 14 Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý mạch……………………………………………………… 15 Hình 4.3: Khối nguồn………………………………………………………………… … ….15 Hình 4.4: Khối Relay………………………………………………………………….……….16 Hình 4.5: Khối thạch anh…………………………………………………………………… 17 Hình 4.6: Khối vi điều khiển kết nối với module Bluetooth………………………… 17 Hình 4.7: Khối Reset………………………………………………………………………… 18 Hình 5.1: Sơ đồ mạch in……………………………………………………………………….19 Hình 5.2: Mạch thực tế…………………………………………………………………… …20 Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Mục đích: Giao tiếp không dây phổ biến linh hoạt Bluetooth cho phép thiết bị dễ dàng kết nối trao đổi liệu khoảng cách ngắn cách đơn giản Nó cho phép việc kết nối không dây với thiết bị điện, điện tử trở nên tiện dụng hiệu Kết hợp yếu tố trên, việc xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị điện gia dụng Smartphone thông qua giao tiếp Bluetooth ứng dụng thực tế mang tính hiệu quả, tiện lợi cao để hướng đến sống tiện nghi, đại 1.2 Nội dung nhiệm vụ: Nội dung đề tài: Xây dựng phần mềm điều khiển Smartphone,một ưu điểm thiết bị Smartphone tích hợp công nghệ Bluetooth, người dùng dễ dàng kết nối với mạch để điều khiển Việc điều khiển trở lên thuận tiện tiết kiệm chi phí so với làm điều khiển, ứng dụng có chức truyền, nhận liệu qua Bluetooth để điều khiểnthiết bị Sử dụng Module Bluetooth để truyền nhận liệu với Smartphone việc truyền nhận điều khiển vi điều khiển Vi điều khiển PIC16F877A, vi điều khiển có nhiệm vụ chính: xử lý liệu điều khiển kích đóng ngắt Relay để điềukhiển thiết bị điện Nhiệm vụ đề tài: Phần mềm điều khiển điện thoại phải kết nối nhanh với mạch điều khiển, xác an toàn tuyệt đối Hệ thống mạch cứng vi xử lý có độ ổn định, bền, nhỏ gọn điều khiển xác thiết bị điện thao tác Smartphone Hạn chế tối đa nhiễu sử dụng với thiết bị điện khác nhau, đặc biệt thiết bị có nhiễu từ trường cao Khoảng cách điều khiển điện thoại Android mạch điều khiển đảm bảo hợp lý khoảng cách 100m Giá thành phải phù hợp với hệ thống ổn định có tính ứng dụng thực tiễn cao 1.3 Phương pháp: Thiết bị điều khiển Khối vi điều khiển Module Bluetooth Khối nguồn Giao diện điều khiển Smartphone Khối Relay Hình 1.1: Sơ đồ khối Tổng quan khối: • Khối nguồn: - Module Bluetooth : 3.3V ( Hỗ trợ IC ổn áp đầu vào 5V) - Khối vi điều khiển: Vinput = 5V - Khối Relay: Vinput = 5V - Điều khiển thiết bị 12V • Khối vi điều khiển: sử dụng vi điều khiển PIC16F877A • Khối Relay: gồm hai mạch relay điều khiển đóng ngắt hai thiết bị • Khối giao diện điều khiển Smartphone: sử dụng Smartphone có hệ điều hành Android • Khối module Bluetooth HC-06 Chương 2: GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.1 Vi điều khiển PIC16F877A: 2.1.1 Giới thiệu vi điều khiển: Các đặc trưng vi điều khiển PIC16F877A: Hình fgfg3.1: PHìnhICHkvdskvmdsvkm16F Hình 2.1: Vi điều khiển PIC16F877A - PIC16F877A loại vi điều khiển 8bit tầm trung hãng microchip PIC16F877A có kiến trúc Havard, sử dụng tập lệnh kiểu RISC (Reduced Instruction Set Computer) với 35 lệnh - Tất lệnh thực chu kì lệnh ngoại trừ lệnh rẽ nhánh Các chức PIC16F877A: Hình 3.2: Chức PIC16F877A Hình 2.2: Chức PIC 16F887A 2.1.2 Sơ đồ chân: Hình 3.3: Sơ đồ chân Hình 3.3: Sơ đồ chân Hình 2.3: Sơ đồ chân vi điều khiển 16F887A 2.2 Module Bluetooth HC-06: Hình 3.4: Module Bluetooth HC-06 Hình 2,4: Module Bluetooth HC-06 Module bluetooth HC-06 master / slave dùng để thiết lập kết nối Serial hai thiết bị sóng bluetooth Điểm đặc biệt module bluetooth HC-06 module hoạt động hai chế độ: MASTER SLAVE - Ở chê độ SLAVE: cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb bluetooth để dò tìm module sau pair với mã PIN 1234 Sau pair thành công có - cổng serial từ xa hoạt động baud rate 9600 Ở chế độ MASTER: module tự động dò tìm thiết bị bluetooth khác tiến hành pair chủ động mà không cần thiết lập từ máy tính smartphone Thông số kỹ thuật: • • • • • • • • • • • Giao tiếp UART với tốc baud lập trình Tích hợp anten Kết nối biên mạch Cấu hình Slave hay Master cấu hình ban đầu, không thay đổi Điện áp sử dụng 3.3V ( Hỗ trợ IC ổn áp đầu vào 5V) Thứ tự chân: KEY RXD TXD 5.0 3.3 GND Tốc độ hỗ trợ: 200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 Kích thước: 28x15x2.35 mm Dòng hoạt động: 20-30 mA Tần số: 2.4 GHz ISM band Cấu hình mặc định: 9600 baud rate, N, 8, Giao tiếp lệnh AT: • Kết nối Module với USB TO COM set KEY xuống mức thấp (GND) • Cấp nguồn cho Module chuyển key lên 3.3V Chương TỔNG QUAN VỀ GIAO TIẾP BLUETOOTH 3.1 Khái niệm bluetooth: Bluetooth công nghệ không dây cho phép thiết bị điện-điện tử giao tiếp với khoảng cách ngắn, song vô tuyến qua băng tần chung ISM (Industrial, Scientific, Medical) dãy tầng 2.40-2.48 GHz Đây dãy băng tầng không cần đăng ký dành riêng để dung cho thiết bị không dây công nghiệp, khoa học, y tế 3.2 Tính hoạt động: Ưu điểm bluetooth: - Tiêu thụ lượng thấp, cho phép ứng dụng nhiều loại thiết bị, bao • gồm thiết bị cầm tay điện thoại di động Khoảng cách giao tiếp cho phép : Khoảng cách hai thiết bị đầu cuối lên đến 10m trời, 5m • tòa nhà Khoảng cách thiết bị đầu cuối Access point lên tới 100m trời - 30m tòa nhà Bluetooth dùng giao tiếp liệu tiếng nói: có kênh để truyền tiếng - nói, kênh để truyền liệu mạng cá nhân Tính tương thích cao, nhiều nhà sản xuất phần cứng phần mềm hỗ trợ - Có khả bảo mật từ 8->128 bits Khuyết điểm bluetooth: - Khoảng cách kết nối ngắn so với công nghệ mạng không dây khác - Số thiết bị active, pack lúc piconect hạn chế - Tốc độ truyền Bluetooth không cao - Dễ bị nhiễu - Bảo mật thấp 3.3 Hoạt động Bluetooth: Kỹ thuật Bluetooth coi phức tạp Nó dung kỹ thuật nhảy tần số time slot (TS), thiết kế để làm việc môi trường nhiễu tần số radio, Bluetooth dùng chiến lược nhảy tần để tạo nên sức mạnh liên kết truyền thông truyền thông thông minh Cứ lần gửi hay nhận packet xong, Bluetooth lại nhảy sang tần số mới, tránh nhiễu từ tín hiệu khác So sánh với hệ thống khác làm việc băng tần, song radio Bluetooth nhảy tần nhanh dung packet ngắn Vì nhảy nhanh packet ngắn làm giảm va chạm với song từ lò vi song phương tiện gây nhiễu khác khí Có phương pháp sử dụng việc kiểm tra tính đắn liệu truyền đi: - ForwadErrorCorrrection: thêm số bit kiểm tra vào phần Header hay Payload - packet Automatic Repeat Request:dữ liệu truyền lại bên nhận gửi - thông báo nhận Cyclic Redundancy Check: mã CRC thêm vào packet để kiểm chứng liệu Payload có không Bluetooth hỗ trợ kênh liệu bất đồng bộ, hay kênh tín hiệu thoại đồng lúc, hay kênh hỗ trợ lúc liệu bất đồng tín hiệu đồng Chương 4: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG Sơ đồ khối:Thiết bị điều khiển Khối vi điều khiển Module Bluetooth Khối nguồn Giao diện điều khiển Smartphone Khối Relay 4.1 4.2 Sơ đồ nguyên lý: Hình 4.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển thiết bị qua Bluetooth Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý mạch 4.3 Chức khối theo sơ đồ nguyên lý: 4.3.1 Khối nguồn: Hình 4.3: Khối nguồn Điện áp đầu vào 12Vdc lấy từ Power Adaptor chuyển đổi từ nguồn điện xoay chiều 220V, điện áp 12V cấp cho thiết bị điều khiển Điện áp 12V sau qua IC LM7805 xuất điện áp 5V dc Vcc cấp cho hai khối Relay hoạt động cấp cho khối vi điều khiển Khối module Bluetoothhoạt động 3.3V với tích hợp IC ổn áp nên hoạt động tốt cấp nguồn Vcc = 5V 4.3.2 Khối Relay ( khối công suất ): Hình 4.4: Khối Relay • Relay (Rơ-le) công tắc (khóa K) Nhưng khác với công tắc chỗ bản, rơ-le kích hoạt điện thay dùng tay người Chính lẽ đó, rơ-le dùng làm công tắc điện tử Vì rơ-le công tắc nên có trạng thái: đóng mở • Trong hình 4.4, điện áp vào 5V, sử dụng Transistor NPN (C1815) để điều khiển Khi S2 = 1; Q3 thông, có dòng điện cấp cho cuộn hút Relay Tiếp điểm nối với 3, đèn LED3 sáng, thiết bị điều khiển đóng Khi S2 = 0; Q3 tắt, dòng qua cuộn hút Tiếp điểm nối với 2, đèn LED3 tắt, thiết bị điều khiển ngắt 4.3.3 Khối thạch anh (khối tạo xung): Hình 4.5: Khối thạch anh Tần số thạch anh chọn 20MHz 4.3.4 Khối vi điều khiển sơ đồ kết nối với Module Bluetooth: Hình 4.6: Khối vi điều khiển kết nối với module bluetooth Vi điều khiển PIC16F877A kết nối với module bluetooth qua bốn chân : Tx, Rx, Vcc, GND tương ứng với chân 25, 26, 32, 31 PIC hình 4.3.5 Khối reset: Hình 4.7: Khối Reset Khối RESET có tác dụng đưa vi điều khiển trạng thái ban đầu Khi nút Reset ấn điện áp +5V từ nguồn nối vào chân Reset vi điều khiển chạy thẳng xuống đất lúc điện áp chân vi điều khiển thay đổi đột ngột 0, VĐK nhận biết thay đổi khởi động lại trạng thái ban đầu cho hệ thống Chương 5: SƠ ĐỒ MẠCH IN VÀ KẾT QUẢ THIẾT KẾ 5.1 Sơ đồ mạch in: Hình 5.1: Sơ đồ mạch in 5.2 Mạch thực tế: Hình 5.2: Mạch thực tế Chương 7: KẾT LUẬN 7.1 Kết đạt được: - Mạch thiết kế phần mềm thiết kế Altium - Kích thước mạch 10x7cm - Mạch phủ đồng để chống nhiễu tuyệt đối - Code xử lý chương trình biên dịch PIC C Compiler - Thiết kế mạch điều khiển thiết bị với nguồn điện áp đầu vào ban đầu 12V Điện áp cấp cho khối vi điều khiển module Blutooth hoạt động 5V, điện áp cấp cho khối relay điều khiển thiết bị hoạt động tốt 5V Theo kết - thực tế, thiết bị điều khiển có điện áp 12V dùng quạt Được kết nối bluetooth, với giao diện điều khiển Smartphone, thao tác ta điều khiển đóng ngắt quạt thiết bị khác 7.2 Ưu điểm: - Mạch thiết kế có kích thước nhỏ gọn - Dễ lắp đặt, giá thành rẻ, dễ dàng kết nối với thiết bị để điều khiển - Điều khiển tốt phạm vi