Đồ án Thiết bị điều khiển thông minh (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết bị điều khiển thông minh (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ÐIỆN – ÐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG THIẾT BỊ ÐIỀU KHIỂN THÔNG MINH GVHD: THS. NGUYỄN VĂN NGA SVTH: ĐỖ CHÍ THANH MSSV: 12141204 SVTH: ĐỖ ĐẠI ÂN MSSV: 12141007 SKL004540 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2016
2. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH GVHD: Ths. Nguyễn Văn Nga SVTH: Đỗ Chí Thanh 12141204 Đỗ Đại Ân 12141007 Tp. Hồ Chí Minh - 7/2016
3. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH GVHD: Ths. Nguyễn Văn Nga SVTH: Đỗ Chí Thanh 12141204 Đỗ Đại Ân 12141007 Tp. Hồ Chí Minh - 7/2016
4. LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Người thực hiện đề tài Đỗ Chí Thanh Đỗ Đại Ân iv
5. LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Văn Nga- Giảng viên bộ môn Điện tử công nghiệp đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành tốt đề tài. Chúng em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 12141DT1 đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài. Cuối cùng chúng em xin cảm ơn gia đình, người thân cùng toàn thể bạn bè, những người đã luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ cả về vật chất lẫn tinh thần, tạo điều kiện để chúng em hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Đỗ Chí Thanh Đỗ Đại Ân v
6. MỤC LỤC Trang bìa i Nhiệm vụ đồ án ii Lịch trình iii Lời cam đoan iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Liệt kê hình vẽ viii Liệt kê bảng vẽ ix Tóm tắt x CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Mục tiêu 1 1.3. Nội dung nghiên cứu 2 1.4. Giới hạn 2 1.5. Bố cục 2 CHƯƠNG 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 2.1 Giới thiệu thiết bị điều khiển thông minh 4 2.2Các chuẩn truyền dữ liệu 5 2.2.1 Công nghệ không dây bluetooth 5 2.2.2 Công nghệ truyền dữ liệu bằng sóng hồng ngoại 10 2.2.3 Các chuẩn truyền dữ liệu tích hợp trong vi điều khiển 12 2.3 Hệ điều hành Android 18 2.3.1 Giới thiệu chung về hệ điều hành Android 18 2.3.2 Kiến trúc hệ điều hành Android 18 2.3.3 Giới thiệu chương trình lập trình android App Inventor 21 2.4 Giới thiệu các linh kiện 23 2.4.1 Mắt thu hồng ngoại 23 2.4.2 Module bluetooth 25 2.4.3 Led phát hồng ngoại 26 2.4.4 Giới thiệu điều khiển từ xa (Remote) 27 2.4.5 Vi điều khiển PIC18F4620 31 2.4.6 IC bộ nhớ eeprom 25LC256 46 vi
7. 2.4.7 IC 74HC32 47 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ. 49 3.1 Giới thiệu 49 3.2 Tính toán và thiết kế hệ thống 49 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 49 3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch 50 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 53 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 54 4.1 Giới thiệu. 54 4.2 Thi công hệ thống 54 4.2.1 Thi công bo mạch 54 4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra 57 4.3 Đóng gói bộ điều khiển 59 4.4 Lập trình hệ thống 60 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 60 4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 62 4.4.3 Phần mềm lập trình cho điện thoại android App Inventor 73 4.5 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác 82 4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sữ dụng 82 4.5.2 Quy trình thao tác 85 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ 86 5.1 Kết quả nghiên cứu. 86 5.2 Nhận xét và đánh giá 86 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 87 6.1 Kết luận 87 6.2 Hướng phát triển 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 PHỤ LỤC 89 vii
8. LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1. Sơ đồ khối thiết bị điều khiển thông minh 4 Hình 2.2. Kiến trúc Piconet trong bluetooth 8 Hình 2.3.Kiến trúc 1 Scatternet gồm 4 Piconet 8 Hình 2.4.Mô hình truyền nhận sóng hồng ngoại 12 Hình 2.5.Sơ đồ truyền dữ liệu nối tiếp và song song 13 Hình 2.6.Hệ thống truyền dữ liệu đồng bộ 13 Hình 2.7.Hệ thống truyền dữ liệu bất đồng bộ 14 Hình 2.8. Cấu trúc 1 Frame truyền dữ liệu 15 Hình 2.9. Mô hình truyền dữ liệu SPI 15 Hình 2.10. Dạng sóng của tín hiệu trong truyền nhận SP I 16 Hình 2.11.Dạng sóng của SCLK quy định bởi CPOL 17 Hình 2.12. Bốn kiểu định dạng dữ liệu trên MISO/MOSI 17 Hình 2.13. Kiến trúc hệ điều hành Android 19 Hình 2.14. Giao diện thiết kế Layout của App Inventor 22 Hình 2.15. Sơ đồ khối đầu thu hồng ngoại 23 Hình 2.16.Mắt thu hồng ngoại TSOP 1838 23 Hình 2.17. Sơ đồ khối mắt thu TSOP 1838 24 Hình 2.18. Module Bluetooth HC-05 25 Hình 2.19. Sơ đồ kết nối HC-05 và Vi điều khiển 26 Hình 2.20. Led hồng ngoại 26 Hình 2.21. Tín hiệu mã hóa theo phương pháp độ rộng xung 27 Hình 2.22. Tín hiệu mã hóa theo khoảng cách xung 28 Hình 2.23. Tín hiệu mã hóa dịch mã 28 Hình 2.24. Dạng sóng Remote Sony 29 Hình 2.25. Phương pháp mã hóa Remote Philips 29 Hình 2.26. Khung dữ liệu Remote Philips 30 Hình 2.27.Phương pháp mã hóa Remote Sharp 30 Hình 2.28. Khung truyền dữ liệu hoàn chỉnh của Remote Sharp 30 Hình 2.29. Vi điều khiển PIC18F4620 33 Hình 2.30. Sơ đồ khối PIC 18F4620 34 Hình 2.31. Sơ đồ chân PIC18F4620 35 Hình 2.32. Thanh ghi TXSTA 38 Hình 2.33.Sơ đồ khối của khối phát dữ liệu 39 viii
9. Hình 2.34. Dạng sóng truyền dữ liệu bất đồng bộ 40 Hình 2.35. Thanh ghi RCSTA 40 Hình 2.36.Sơ đồ khối nhận dữ liệu UART 42 Hình 2.37. Dạng sóng nhận dữ liệu bất đồng bộ 43 Hình 2.38. Thanh ghi BAUDCTL 43 Hình 2.39.Sơ đồ khối module PWM 45 Hình 2.40. Dạng sóng ngõ ra PWM 46 Hình 2.41.Eeprom 25LC256 46 Hình 2.42. Sơ đồ chân 25LC256 46 Hình 2.43. IC cổng OR 74HC32 48 Hình 2.44. Sơ đồ khối 74HC32 48 Hình 2.45. Sơ đồ chân 74HC32 48 Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống 49 Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý khối thu hồng ngoại 50 Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý khối phát hồng ngoại 51 Hình 3.4. Kết nối vi điều khiển với module bluetooth và eeprom 51 Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 52 Hình 3.6. Sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh 53 Hình 4.1. Sơ đồ mạch in lớp trên 54 Hình 4.2. Sơ đồ mạch in lớp dưới 55 Hình 4.3. Sơ đồ bố trí linh kiện lớp trên 55 Hình 4.4. Sơ đồ bố trí linh kiện lớp dưới 56 Hình 4.5. Mặt trên của mạch sau khi thi công xong 58 Hình 4.6. Mặt dưới của mạch sau khi thi công xong 58 Hình 4.7. Bộ điều khiển hoàn chỉnh 59 Hình 4.8. Lưu đồ chính của chương trình 60 Hình 4.9. Lưu đồ chương trình con Phím mode 61 Hình 4.10. Lưu đồ tổng quát của chương trình Thu mã và Phát mã 62 Hình 4.11. Giao diện phần mềm CCS 63 Hình 4.12. Tạo tập tin mới 63 Hình 4.13. Đặt tên và lưu tập tin 64 Hình 4.14. Màn hình soạn thảo 64 Hình 4.15. Chỉnh font chữ 65 Hình 4.16. Cấu trúc chương trình cơ bản 65 Hình 4.17. Cách mở thư viện 66 Hình 4.18. Biên dịch chương trình 66 ix
10. Hình 4.19. Kết quả biên dịch 67 Hình 4.20. Giao diện phần mềm nạp PICKIT2 67 Hình 4.21. Nạp chương trình cho vi điều khiển 68 Hình 4.22. Quá trình lưu eeprom theo trang (64 byte) 72 Hình 4.23. Quá trình đọc dữ liệu từ eeprom theo byte 72 Hình 4.24.Màn hình đăng nhập App Inventor 73 Hình 4.25.Màn hình thiết kết giao diện App Inventor 74 Hình 4.26.Các đối tượng sử dụng trong thiết kết giao diện 75 Hình 4.27. Thuộc tính của đối tượng Label 76 Hình 4.28. Thuộc tính của đối tượng Button 77 Hình 4.29.Thuộc tính đối tượng Sound 77 Hình 4.30.Thuộc tính đối tượng Notifier 78 Hình 4.31.Thẻ Block cho phần lập trình 78 Hình 4.32. Giao diện lập trình của App Inventor 78 Hình 4.33. Khối Control 79 Hình 4.34. Khối Logic 79 Hình 4.35. Khối Math 80 Hình 4.36. Khối Text 80 Hình 4.37. Kết nối bằng Mã QR 81 Hình 4.38. Kết nối bằng USB 81 Hình 4.39. Sử dụng máy ảo 81 Hình 4.40. Giao diện màn hình đăng nhập 82 Hình 4.41. Giao diện sau khi đăng nhập 83 Hình 4.42. Giao diện màn hình phòng 1 83 Hình 4.43. Giao diện màn hình remote TV 84 Hình 4.44. Hình ảnh sản phẩm 85 Hình 4.45. Quy trình thao tác 85 x
11. LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1. So sánh điều khiển bằng phương pháp hồng ngoại và vô tuyến 11 Bảng 2.2. Chức năng của các bit trong thanh ghi TXSTA 38 Bảng 2.3. Chức năng các bit trong thanh ghi RCSTA 40 Bảng 2.4. Chức năng từng bit trong thanh ghi BAUDCTL 44 Bảng 2.5.Công thức tính tốc độ Baud 45 Bảng 4.1. Danh sách các linh kiện 56 Bảng 4.2. Các lệnh của eeprom 25LC256 72 xi
12. TÓM TẮT Trong đề tài sẽ nghiên cứu các phương pháp thu và phát mã lệnh hồng ngoại, tìm hiểu cách sử dụng module bluetooth, tìm hiểu các chuẩn giao tiếp UART, SPI của vi điều khiển để giao tiếp với module bluetooth và bộ nhớ eeprom, nghiên cứu cách viết ứng dụng trên điện thoại android để giao tiếp với vi điều khiển qua module bluetooth. Đề tài này sẽ tạo ra một thiết bị điều khiển thông minh, thiết bị này có 2 chức năng là học lệnh từ các remote hồng ngoại và chức năng điều khiển thiết bị qua điện thoại android thông qua kết nối bluetooth. Khi ở chế độ học lệnh có thể thu lại mã từ remote hồng ngoại và lưu trong bộ nhớ eeprom, còn ở chế độ điều khiển có thể dùng điện thoại để điều khiển việc phát mã lệnh của remote đã lưu trước đó. xii
13. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Điều khiển thiết bị từ xa bằng hồng ngoại hay sóng vô tuyến đã có từ rất lâu, ngày xưa chủ yếu dùng trong quân sự. Ngày nay thì điều khiển từ xa đã được sử dụng nhiều hơn để điều khiển các thiết bị như TV, quạt, máy lạnh, đầu đĩa, ưu điểm của việc điều khiển từ xa là người dùng không cần phải trực tiếp thao tác trên thiết bị mà có thể đứng từ xa để điều khiển trong một khoảng cách nhất định. Tuy nhiên, cũng có một số hạn chế như bị hạn chế bởi vật cản (đối với điều khiển hồng ngoại), chỉ có thể điều khiển được trong một khoảng cách nhất định, mỗi thiết bị đi kèm với một remote riêng nên khi hư hỏng hay thất lạc sẽ gây khó khăn cho người sử dụng. Hiện nay, có rất nhiều loại remote đa năng ngoài thị trường, những remote đó tuy có thể điều khiển được thiết bị của nhiều nhà sản xuất khác nhau nhưng cũng chỉ là một loại thiết bị. Ngoài ra, nhiều điện thoại thông minh hiện nay cũng có tích hợp điều khiển từ xa bằng hồng ngoại qua một ứng dụng và có thể điều khiển được nhiều loại thiết bị khác nhau, tuy nhiên chỉ có một số ít có chức năng này và giá của những điện thoại này thường rất cao, không phải ai cũng có khả năng mua được. Từ đó nhóm chúng em đã nghĩ tới việc thiết kế một thiết bị tương tự remote đa năng nhưng có khả năng điều khiển được nhiều loại thiết bị và đặc biệt có thể điều khiển từ những chiếc điện thoại thông minh thông qua kết nối bluetooth. Điểm đặc biệt của thiết bị này so với remote đa năng hay điện thoại có tích hợp điều khiển hồng ngoại là khi điều khiển không bị hạn chế bởi vật cản, tức là không cần phải hướng điện thoại về phía thiết bị cần điều khiển. Thiết bị này cũng có khả năng học mã lệnh từ một nút bất kì của một remote hồng ngoại nào đó, khác với các remote đa năng hay điện thoại có tích hợp điều khiển hồng ngoại đã lưu sẵn mã của nhiều loại thiết bị của nhiều nhà sản xuất. 1.2. MỤC TIÊU Mục tiêu của đề tài này là nghiên cứu tạo ra một thiết bị có thể điều khiển các thiết bị điều khiển bằng hồng ngoại như TV, quạt, máy lạnh, trên điện thoại thông qua kết nối bluetooth. Thiết bị có thể học mã lệnh hồng ngoại từ remote hồng ngoại và BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 1
14. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN lưu trong bộ nhớ, dùng điện thoại thông minh kết nối bluetooth với bộ điều khiển để điều khiển thông qua một ứng dụng trên điện thoại android. 1.3. NỘi DUNG NGHIÊN CỨU NỘI DUNG 1: Tìm hiểu nguyên lý thu – phát sóng hồng ngoại. NỘI DUNG 2: Tìm hiểu phương pháp thu và lưu mã hồng ngoại. NỘI DUNG 3: Tìm hiểu phương pháp phát sóng hồng ngoại. NỘI DUNG 4: Thiết kế mạch điều khiển, viết chương trình thử nghiệm. NỘI DUNG 5: Viết ứng dụng trên điện thoại android. NỘI DUNG 6: Chạy thử nghiệm, hoàn thiện hệ thống. 1.4. GIỚI HẠN Khoảng cách điều khiển được tính từ bộ điều khiển tới thiết bị là dưới 7m. Khoảng cách điều khiển được tính từ điện thoại tới bộ điều khiển qua kết nối bluetooth là dưới 10m. Bộ điều khiển có khả năng thu và lưu lại mã điều khiển từ remote vào eeprom 25LC256, khi mất điện vẫn không mất dữ liệu đã lưu. Có thể điều khiển được tất cả các thiết bị đặt xung quanh bộ điều khiển trong khoảng cách dưới 7m. 1.5. BỐ CỤC Chƣơng 1:Tổng Quan Trình bày lý do chọn đề tài, mục tiêu và nội dung nghiên cứu, các thông số giới hạn của đề tài. Chƣơng 2:Cơ Sở Lý Thuyết. Giới thiệu tổng quan về hoạt động của thiết bị, các chuẩn truyền dữ liệu và các linh kiện sử dụng. Chƣơng 3:Tính toán và Thiết kế Thiết kế sơ đồ khối hệ thống, tính toán và thiết kế sơ đồ nguyên lý của từng khối để đưa ra sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh. Chƣơng 4: Thi công hệ thống BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 2
15. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN Trình bày quá trình thi công hệ thống, vẽ lưu đồ, viết chương trình và hướng dẫn sử dụng sản phẩm. Chƣơng 5:Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Trình bày kết quả, nhận xét và đánh giá các kết quả đạt được. Chƣơng 6:Kết Luận và Hướng Phát Triển Trình bày các kết quảthu được và hướng phát triển. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3
16. CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH Thiết bị điều khiển thông minh là thiết bị ứng dụng 2 công nghệ truyền dữ liệu không dây phổ biến trên nhiều thiết bị hiện nay là công nghệ Bluetooth và thu phát hồng ngoại. Sản phẩm điều khiển thiết bị qua hồng ngoại và tương tác với người dùng qua các điện thoại có hệ điều hành Android. Tổng quan về hoạt động của thiết bị: Hình 2.1. Sơ đồ khối thiết bị điều khiển thông minh Nhiệm vụ các khối a. App ứng dụng điều khiển trên Android: Ứng dụng điều khiển tìm kiếm các bộ điều khiển trung tâm, tạo kết nối Bluetooth và truyền dữ liệu cho bộ điều khiển trung tâm. Ứng dụng bao gồm giao diện của các thiết bị điều khiển bằng hồng ngoại như: tivi, máy lạnh, đèn, quạt hồng ngoại với các phím thường sử dụng trên remote. b. Bộ điều khiển trung tâm: Nhận tín hiệu điều khiển từ remote trong chế độ điều khiển cũng như địa chỉ trong chế độ học lệnh. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4
17. CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Phát ra mã lệnh theo tín hiệu điều khiển ra Led hồng ngoại điều khiển thiết bị. c. Remote: Truyền mã lệnh của mỗi nút bấm cho bộ xử lý trung tâm học mã lệnh của phím đó. Chỉ sử dụng remote hồng ngoại trong chế độ học lệnh. 2.2 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU 2.2.1 Công nghệ không dây Bluetooth a. Khái niệm: Bluetooth là một công nghệ truyền thông không dây tầm gần giữa các thiết bị điện tử. 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. Thuật ngữ Bluetooth (có nghĩa “Răng xanh”) được đặt theo tên vị vua Đan Mạch, vua Harald Bluetooth – người nổi tiếng về khả năng giúp mọi người có thể giao tiếp, thương lượng với nhau. Ericsson là công ty đầu tiên phát triển công nghệ này, và sau đó được chuẩn hoá bởi Bluetooth Special Interest Group (SIG). Chuẩn được phát hành vào ngày 20 tháng 5 năm 1999. Ngày nay được công nhận bởi hơn 1800 công ty trên toàn thế giới.Ngày nay phần lớn các nhà máy đều sản xuất các thiết bị có sử dụng công nghệ Bluetooth. Các thiết bị này gồm có điện thoại di động, máy tính và thiết bị hỗ trợ cá nhân PDA (Personal 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 này thường được sử dụng để truyền thông giữa hai loại thiết bị khác nhau. Ví dụ: Bạn có thể trao đổi dữ liệu giữa 2 điện thoại, sử dụng bộ tai nghe không dây để nói chuyện trên điện thoại di động của bạn b. Đặc điểm công nghệ Bluetooth Ưu điểm: Tiêu thụ năng lượng thấp. Tính tương thích cao cho phép ứng dụng trên nhiều thiết bị, bao gồm thiết bị cầm tay và điện thoại di động. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5
18. CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Dễ dàng trong việc phát triển các ứng dụng. Giá thành thấp. Khoảng cách cho phép giao tiếp giữa 2 thiết bị có thể từ 10-100m. Là kết nối vô hướng các thiết bị không cần phải nhìn thấy nhau, sử dụng băng tần 2,4Ghz và tốc độ truyền dữ liệu đạt tới mức 1Mbps. Nhược điểm: Khoảng cách truyền dữ liệu còn ngắn so với công nghệ truyền dữ liệu khác. Chỉ kết nối được 2 thiết bị với nhau, không tạo thành mạng. c. Lịch sử phát triển Bluetooth Bluetooth 1.0 (7/1999): Là phiên bản đầu tiên được đưa ra thị trường với tốc độ kết nối ban đầu là 1Mbps. Tuy nhiên, thực tế chỉ đạt gần 700Kpbs. Bluetooth 1.1 (2001): Phiên bản này ra đời cùng với bộ Bluetooth software development kit XTNDAcess Bue SDK, đánh dấu bước phát triển mới của công nghệ Bluetooth trên nhiều lĩnh vực khác nhau với sự quan tâm nhiều nhà sản xuất. Bluetooth 1.2 (11/2003): Bắt đầu có những tiến bộ đáng kể. Chuẩn này hoạt động ở băng tần 2.4GHz và tăng cường thêm kết nối thoại. Bluetooth 2.0 (2004): Bắt đầu nâng cao tốc độ và giảm thiểu tiêu thụ năng lượng 50% so với trước đây. Tốc độ lên đến 2.1Mbps với chế độ cải thiện kết nối ERD (Enhanced data rate). Bluetooth 2.1 (2004): Đây là phiên bản nâng cấp của Bluetooth 2.0 có hiệu năng cao hơn và tiết kiệm năng lượng hơn. Bluetooth 3.0 (2008): Phiên bản này tốc độ truyển dữ liệu đạt mức 24Mbps bằng sóng Bluetooth – High Speed tương đương chuẩn Wifi thế hệ đầu tiên. Tầm hoạt động hiệu quả 10m. Bluetooth 4.0 (30/06/2010): Là phiên bản kết hợp của Bluetooth 2.1 và 3.0. Tốc độ truyền tải lên đến 25Mbps. Dễ dàng ghép đôi thiết bị với nhau, tiêu thụ năng lượng thấp là chuẩn được sử dụng trên hầu hết các thiết bị hiện nay. Bluetooth 4.2 (2015): Cải thiện tốc độ truyền tải của 2 thiết bị tăng thêm 2.5 lần. Tăng dung lượng lưu trữ các gói dữ liệu nhỏ trong lúc truyền tải qua đó BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6
19. CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT giảm năng lượng tiêu thụ và ít gây ra lỗi. Ngoài ra, phiên bản này cũng tăng cường tính bảo mật. d. Các khái niệm dùng trong công nghệ Bluetooth Master Unit - Khối chính Master là thiết bị đầu tiên tạo kết nối. Nó có vai trò quyết định số kênh truyền thông và thực hiện đồng bộ giữa các thành phần trong mạng Piconet. Master thiết lập đồng hồ đếm xung và các kiểu bước nhảy để đồng bộ tất cả các thiết bị trong cùng Piconet mà nó đang quản lý. Slaver Unit – là thiết bị gửi yêu cầu tới Master Tất cả các thiết bị còn lại trong Piconet không là Master thì phải là Slave. Tối đa 7 Slave dạng Active và 255 Slave dạng Packed trong 1 Piconet. Slave dạng Active: là Slave hoạt động có khả năng trao đổi thông tin với Master và các Slave khác trong Piconet Slave dạng Packed: là Slave không hoạt động (inactive). Chúng như đang ở trạng thái “ngủ” và sẽ được Master gọi dậy bằng tín hiệu “beacon”(tín hiệu báo hiệu). Piconet: Là tập hợp các thiết bị được kết nối qua kỹ thuật Bluetooth theo mô hình Ad-Hoc (đây là kiểu mạng được thiết lập cho nhu cầu truyền dữ liệu hiện hành và tức thời, tốc độ nhanh và kết nối sẽ tự động hủy sau khi truyền xong). Trong 1 mạng Piconet thì chỉ có 1 thiết bị là Master. Đây thường là thiết bị đầu tiên tạo nên kết nối. Nó có vai trò quyết định số kênh truyền thông và thực hiện đồng bộ giữa các thành phần trong Piconet. Các thiết bị còn lại là Slave – thiết bị gửi yêu cầu đến Master. 2 Slave muốn thực hiện liên lạc phải thông qua Master vì chúng không bao giờ kết nối trực tiếp được với nhau. Master sẽ thực hiện chức năng đồng bộ các Slave về thời gian và tần số. Trong 1 Piconet có tối đa 7 Slave đang hoạt động cùng 1 thời điểm. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 7
20. CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Một Piconet bắt đầu với 2 thiết bị kết nối với nhau như Laptop và điện thoại. Tất cả các thiết bị Bluetooth đều ngang hàng và mang chức năng xác định. Một thiết bị sẽ đóng vai trò Master để đồng bộ về tần số và thời gian truyền nhận. Minh họa 1 Piconet: Hình 2.2. Kiến trúc Piconet trong Bluetooth. Scatternet Là 2 hay nhiều Piconet độc lập và không đồng bộ các Piconet này kết hợp và truyền thông với nhau. Một thiết bị có thể vừa là Master của Piconet này vừa là Slave của Piconet khác. Vai trò của thiết bị trong 1 Piconet là không cố định. Nó có thể thay đổi từ Master thành Slave và ngược lại. Minh họa 1 Scatternet: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 8
21. CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.3. Kiến trúc 1 Scatternet gồm 4 Piconet. e. Các liên kết vật lý trong chuẩn truyền dữ liệu Bluetooth Asynchronous Connection-Less (ACL) – kết nối không đồng bộ: Được thiết lập cho việc truyền dữ liệu, những gói dữ liệu cơ bản. Một kết nối Point To Multipoint giữa Master và các Slave trong Piconet. Synchronous Connection-Oriented (SCO): Hỗ trợ kết nối đối xứng chuyển mạch, point-to-point giữa một Master và một Slave trong 1 Piconet. Kết nối SCO chủ yếu để truyền dữ liệu âm thanh. Master có thể hỗ trợ tối đa 3 kết nối. f. Các trạng thái của thiết bị Bluetooth Có 4 trạng thái chính của 1 thiết bị Bluetooth trong 1 Piconet: Inquiring device: Thiết bị đang phát tín hiệu tìm thiết bị Bluetooth khác. Inquiry scanning device: Thiết bị nhận tín hiệu inquiry của thiết bị đang thực hiện inquiry và trả lời. Paging device: thiết bị phát hiện yêu cầu kết nối với thiết bị đã inquiry từ trước. Page scanning device: Thiết bị nhận yêu cầu kết nối từ paging device và trả lời. g. Các chế độ kết nối Active mode: Trong chế độ này, thiết bị Bluetooth tham gia vào hoạt động của mạng. Thiết bị Master sẽ điều phối lưu lượng và đồng bộ cho các thiết bị Slave. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 9
22. S K L 0 0 2 1 5 4