Đồ án Thiết kế ứng dụng ðiều khiển thiết bị qua bluetooth trên ðiện thoại android (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế ứng dụng ðiều khiển thiết bị qua bluetooth trên ðiện thoại android (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 KỸ THUẬT ĐIỆN- ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ ỨNG DỤNG ÐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA BLUETOOTH TRÊN ÐIỆN THOẠI ANDROID GVHD: THS. NGUYỄN VĂN HIỆP SVTH: ĐINH QUANG HIỆP MSSV: 10101038 SVTH: VÕ TẤN PHƯỚC MSSV: 10101099 SKL003092 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06/2014
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 KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA BLUETOOTH TRÊN ĐIỆN THOẠI ANDROID GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hiệp SVTH: Đinh Quang Hiệp-10101038 Võ Tấn Phước - 10101099 Tp. Hồ Chí Minh - 06/2014
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 KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA BLUETOOTH TRÊN ĐIỆN THOẠI ANDROID GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hiệp SVTH: Đinh Quang Hiệp – 10101038 Võ Tấn Phước - 10101099 Lớp: 101012A, Hệ chính quy Tp. Hồ Chí Minh –07/2014
4. PHẦN I GIỚI THIỆU
5. TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp. HCM, ngày 15 tháng 06 năm 2014 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Đinh Quang Hiệp MSSV: 10101038 Võ Tấn Phước MSSV: 10101099 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2010 Lớp: 101012 I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA BLUETOOTH TRÊN ĐIỆN THOẠI ANDROID II. NHIỆM VỤ 1. Xây dựng ứng dụng điều khiển thiết bị trên điện thoại Android. 2. Điện thoại Android kết nối bộ điều khiển qua kết nối Bluetooth. 3. Thiết kế bộ điều khiển nhận lệnh điều khiển từ điện thoại và điều khiển các thiết bị công suất (6 ngõ ra 220VAC, công suất mỗi ngõ ra 600W) 4. Ứng dụng điều khiển có thể chạy trên nhiều điện thoại Android khác nhau, bộ điều khiển thiết kế thành sản phẩm hoàn chỉnh. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 26/02/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/06/2014 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Nguyễn Văn Hiệp CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ThS. Nguyễn Văn Hiệp TS. Nguyễn Thanh Hải i
6. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Bộ Môn Điện Tử Viễn Thông Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2014 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Đinh Quang Hiệp Lớp: 101012 MSSV: 10101038 Họ tên sinh viên 2: Võ Tấn Phước Lớp:101012 MSSV: 10101099 Tên đề tài: THIẾT KẾ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ QUA BLUETOOTH TRÊN ĐIỆN THOẠI ANDROID Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD Tuần 1 - 2 - Tìm hiểu để tài được giao 02/03 - 15/03 - Tham khảo các đồ án của khóa trước Tuần 3 – 4 - Xác định các đối tượng cần nghiên cứu 16/03 – 29/03 Hệ điều hành Android và cách lập trình ứng dụng Android Công nghệ Bluetooth Giao tiếp Module Bluetooth với vi điều khiển, Module Bluetooth với điện thoại Tuần 5 – 9 - Lập trình ứng dụng điều khiển. 30/03 – 03/05 - Lập trình vi điều khiển giao tiếp với Module Bluetooth và điều khiển thiết bị Tuần 10 - Mô phỏng code vi điều khiển trên Proteus, 04/05 – 10/05 giao tiếp điện thoại với mạch trên Proteus - Chỉnh sửa code để khắc phục các lỗi. Tuần 11 - Thi công bộ điều khiển gồm: mạch điều 11/05 – 17/05 khiển và mạch công suất Tuần 12 – 13 - Thực hiện kết nối điện thoại với bộ điều 18/05 – 31/05 khiển và thử nghiệm điều khiển thiết bị - Hiệu chỉnh các thông số linh kiện trên mạch điện và code để khắc phục lỗi - Đóng gói mạch điện vào hộp để hoàn chỉnh sản phẩm Tuần 14 – 15 - Viết báo cáo 01/06 – 14/06 GV HƯỚNG DẪN ThS. Nguyễn Văn Hiệp ii
7. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN . . . . Tp. Hồ Chí Minh, ngày .tháng .năm 2014 GV HƯỚNG DẪN ThS. Nguyễn Văn Hiệp iii
8. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN . . . . Tp. Hồ Chí Minh, ngày .tháng .năm 2014 GVPHẢN BIỆN iv
9. LỜI MỞ ĐẦU 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 thông 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 thông minh (SmartHome), với SmartHome bạn có thể kiểm soát ngôi nhà bất cứ đâu, các thiết bị trong nhà được điều khiển không 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 ngôi 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, nhóm em quyết định thực hiện đề tài: “Thiết kế ứng dụng điều khiển thiết bị qua Bluetooth trên điện thoại Android”. Đây là cơ hội để nhóm 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 sản phẩm điều khiển thiết bị bằng SmartPhone với nhiều tính năng ứng dụng công nghệ truyền không dây Bluetooth. Mặc dù nhóm thực hiện đã rất cố gắng hoàn thành đề tài nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên đóng góp ý kiến để nhóm thực hiện có thể hoàn thiện đề tài và tạo ra những sản phẩm tốt hơn. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về email: dinhquanghiep@gmail.com Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực hiện đề tài Đinh Quang Hiệp – Võ Tấn Phước v
10. LỜI CẢM ƠN Lời cảm ơn đầu tiên chúng em 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 nhóm em. Trong quá trình làm đồ án, thầy luôn chỉ bảo, nhắc nhở, động viên để chúng em vượt qua những khó khăn và hoàn thành đồ án đúng tiến độ. Bên cạnh đó, cùng với những lời nhận xét, góp ý của thầy cũng giúp chúng em có những định hướng đúng đắn hơn khi thực hiện đề tài. Chúng em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới quý thầy cô trong khoa Điện- Điện Tử,quý thầy cô là những người đã dạy dỗ, dìu dắt chúng em từ những kiến thức cơ bản nhất, đồng thời thường xuyên giúp đỡ rất nhiệt tình khi chúng em có khó khăn trong vấn đề nghiên cứu đề tài, không những thế còn tạo điều kiện hết sức thuận lợi để chúng em có được môi trường, những điều kiện học tập tốt nhất có thể. Cuối cùng, chúng em không quên gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, người thân và bạn bè là nguồn động viên to lớn hỗ trợ chúng em về mặt tinh thần cũng như vật chất để chúng em có thêm động lựcvà tự tin để hoàn thành đồ án này. Nhóm thực hiện đề tài Đinh Quang Hiệp – Võ Tấn Phước vi
11. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC PHẦN I: GIỚI THIỆU Nhiệm vụ đồ án i Lịch trình thực hiện ii Nhận xét của giáo viên hƣớng dẫn iii Nhận xét của giáo viên phản biện iv Lời mở đầu v Lời cảm ơn vi Mục lục vii Liệt kê hình ảnh x Liệt kê bảng xii Bảng chữ viết tắt xiii PHẦN II: NỘI DUNG CHƢƠNG I 1 TỔNG QUAN 1 1.1. Đặt vấn đề 2 1.2. Mục tiêu đề tài 2 1.3. Giới hạn đề tài 2 1.4. Đối tƣợng nghiên cứu 3 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu 3 1.6. Ý nghĩa thực tiễn 4 1.7. Nội dung của đề tài: 4 CHƢƠNG II 6 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 2.1. Công nghệ Bluetooh 7 2.1.1. Khái niệmBluetooth 7 2.1.2. Cácđặc điểm của công nghệBluetooth 7 2.1.3. Các khái niệm dùng trong công nghệ Bluetooth 8 2.1.4. Định nghĩa các liên kết vật lý trong Bluetooth 11 2.1.5. Trạng thái của thiết bị Bluetooth 11 2.1.6. Các chế độ kết nối 11 vii
12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.1.7. Kỹ thuật trải phổ nhảy tần trong công nghệ Bluetooth 12 2.1.8. Cách thức hoạt độngcủa Bluetooth 15 2.2. Hệ thống phần cứng 18 2.2.1. Vi điều khiển PIC18f4620 18 2.2.2. Realtime DS1307 19 2.2.3. Module Bluetooth HC 05 21 2.3. Hệ điều hành Android 24 2.3.1. Khái niệm 24 2.3.2. Lịch sử của hệ điều hành Android 25 2.3.3. DELVING với máy ảo DALVIK 25 2.3.4. Kiến trúc của hệ điều hành Android 26 2.3.5. Chu kỳ ứng dụng trên Android 28 CHƢƠNG III 33 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 33 3.1. Yêu cầu thiết kế 34 3.2. Thiết kế bộ điều khiển 35 3.2.1. Phân tích các khối 35 3.2.2. Các phƣơng án thiết kế và lựa chọn phƣơng án tối ƣu 37 3.2.3. Lập trình Vi điều khiển 44 3.3. Thiết kế phần mềm trên điện thoại 55 3.3.1. Thiết kế giao diện 57 3.3.2. Lập trình code 61 CHƢƠNG IV 65 KẾT QUẢ 65 4.1. Bộ điều khiển 66 4.2. Ứng dụng điều khiển trên điện thoại 66 4.3. Kết quả điều khiển 70 CHƢƠNG V 77 KẾT LUẬN 77 HƢỚNG PHÁT TRIỂN 77 5.1. Kết luận 78 5.2. Hƣớng phát triển 78 PHẦN III: PHỤ LỤC Code vi điều khiển 80 viii
13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Code ứng dụng trên điện thoại 81 Tài liệu tham khảo 82 Hƣớng dẫn sử dụng 83 ix
14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LIỆT KÊ HÌNH ẢNH Hình Trang Hình 2.1: Một Piconet trong thực tế 10 Hình 2.2: Một Scatternet gồm 2 Piconet 10 Hình 2.3: Kỹ thuật trải phổ nhảy tần số 12 Hình 2.4: Các Packet truyền trên các tần số khác nhau 13 Hình 2.5: Các Packet truyền trên khe thời gian 14 Hình 2.6: Cấu trúc gói tin Bluetooth 14 Hình 2.7: Mô hình Piconet 16 Hình 2.8: Quá trình truy vấn tạo kết nối 17 Hình 2.9: Truy vấn tạo kết nối giữa các thiết bị trong thực tế 17 Hình 2.10: Sơ đồ chân PIC18f4620 18 Hình 2.11: Sơ đồ khối IC RealTime DS1307 20 Hình 2.12: Hình ảnh thực tế Module Bluetooth HC-05 21 Hình 2.13: Mô hình phần cứng Module Bluetooth HC-05 22 Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý Module Bluetooth HC-05 24 Hình 2.15: Cấu trúc stack hệ thống Android 26 Hình 2.16: Activity Stack 29 Hình 2.17: Chu kỳ sống của Activity 30 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 35 Hình 3.2: Sơ đồ khối phần cứng 36 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 38 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển trung tâm 39 Hình 3.5: Trở treo 39 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý nút nhấn điều khiển 42 Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý mạch công suất 44 Hình 3.8: Cửa sổ thiết kế giao diện 56 Hình 3.9: Mục chỉnh sửa thuộc tính các control trên layout 56 Hình 3.10: Cấu trúc Project Bluetooth Control Device 60 Hình 3.11: Cập nhật danh sách bộ điều khiển 62 Hình 4.1: Bộ điều khiển 66 Hình 4.2: Giao diện chính 67 Hình 4.3: Tab TIỆN ÍCH & LỊCH SỬ 68 Hình 4.4: Trang Cài đặt ứng dụng 69 x
15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.5: Kết nối và điều khiển thiết bị 70 Hình 4.6: Chỉnh sửa thông tin thiết bị 71 Hình 4.7: Tƣơng tác bộ điều khiển và Điện thoại 73 Hình 4.8: Tƣơng tác bộ điều khiển và Điện thoại 74 Hình 4.9: Hoạt động của tải gắn vào bộ điều khiển 74 Hình 4.10: Điều khiển thiết bị bằng giọng nói 75 Hình 4.11: Cài đặt tính năng sử dụng mật khẩu 76 Hình 4.12: Giao diện trang đăng nhập 76 xi
16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1: Đặc tính kỹ thuật của PIC18f4620 18 Bảng 2.2: Chức năng các chân Module Bluetooth HC-05 22 Bảng 2.3: Các sự kiện trong một chu kỳ ứng dụng 31 xii
17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢNG CHỮ VIẾT TẮT OS Operating System LAB Laboratory ISM Industrial,Scientific, Medical MAC Media Access Control AMA Active Member Address PMA Packet Member Address ARQ Automatic Repeat reQuest ACK Acknowledge FEC Forward Error Correction LMP Link Manament Protocol RAM Random Access Memory CPU Central Processing Unit IO Input/Output SPI Serial Peripheral Interface I2C Inter-Integrated Circuit ADC Analog to Digital Converter PWM Pulse-width Modulation USART Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter CCP Capture/Compare/PWM MIPS million instructions per second SCL Serial Clock Input SDA Serial Data Input/out SQW/OUT Square wave/output driver EDR Enhanced Data Rate SDK Software development kit VM Vitrual Machine ADT Android Developer Tools xiii
18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN II NỘI DUNG
19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
20. CHƢƠNG I: TỔNG QUAN CHƢƠNG I TỔNG QUAN SVTH: ĐINH QUANG HIỆP – VÕ TẤN PHƢỚC Trang1
21. CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề Trong những năm gần đây công nghệ truyền nhận dữ liệu không dây đang có những bƣớc phát triển mạnh mẽ, góp công 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 công nghệ không truyền nhận dữ liệu không dây nhƣ RF, Wifi, Bluetooth, NFC, Trong đó, Bluetooth là một trong những công nghệ đƣợc phát triển từ lâu và luôn đƣợc cải tiến để nâng cao tốc độ cũng nhƣ khả năng bảo mật. Trên thị trƣờng Việt Nam hiện nay chƣa có nhiều sản phẩm điều khiển thiết bị không dây, đa số những sản phẩm hiện có đều là nhập khẩu từ nƣớc ngoài với giá thành cao. Việc nghiên cứu và thiết kế một bộ sản phẩm điều khiển thiết bị không dây có một ý nghĩa lớn, giúp tăng thêm sự lựa chọn cho ngƣời sử dụng, sản phẩm đƣợc sản xuất trong nƣớc nên giá thành rẻ và góp phần phát triển các hệ thống điều khiển thông minh. Do đó, nhóm em quyết định thực hiện đề tài: “Thiết kế ứng dụng điều khiển thiết bị qua Bluetooth trên điện thoại 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 điện thoại giúp tận dụng những chiếc SmartPhone có sẵn của ngƣời dùng giúp giảm giá thành sản phẩm, ngoài ra với màn hình hiển thị lớn của điện thoại cho phép hiển thị nhiều thông tin hơn. 1.2. Mục tiêu đề tài Thiết kế, thi công sản phẩm gồm: bộ điều khiển thiết bị công suất và ứng dụng Bluetooth Control Device chạy trên điện thoại. Bộ sản phẩm có chức năng điều khiển thiết bị điện qua Bluetooth bằng ứng dụng Bluetooth Control Device trên điện thoại Android. Một số yêu cầu đối với bộ sản phẩm: - Hoạt động ổn định trong thời gian dài trong môi trƣờng thực tế. - Bộ điều khiển thiết kế gọn nhẹ, thẩm mỹ. Dễ dàng sửa chữa và thay thế linh kiện khi gặp sự cố trong quá trình sử dụng. - Phần mềm điều khiển trên điện thoại dung lƣợng nhỏ, giao diện đơn giản, dễ dàng sử dụng, cho phép tùy chỉnh phù hợp với yêu cầu ngƣời sử dụng và các thiết bị thực. Hỗ trợ nhiều dòng điện thoại chạy hệ điều hành Android. - Có khả năng mở rộng một cách linh hoạt để tăng số lƣợng thiết bị điều khiển. Việc mở rộng có thể thực hiện một cách dễ dàng bởi ngƣời sử dụng mà không cần phải có sự trợ giúp của nhân viên kỹ thuật. - Tối ƣu hóa các thành phần để giảm tối đa chi phí sản xuất. 1.3. Giới hạn đề tài SVTH: ĐINH QUANG HIỆP – VÕ TẤN PHƢỚC Trang2
22. S K L 0 0 2 1 5 4