Tóm tắt đồ án Thiết kế mạch điều khiển thiết bị điện từ xa dùng module bluetooth HC05 và Arduino Uno R3

Nội dung text: Tóm tắt đồ án Thiết kế mạch điều khiển thiết bị điện từ xa dùng module bluetooth HC05 và Arduino Uno R3

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT - HÀN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ  THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TỪ XA DÙNG MODULE BLUETOOTH HC05 VÀ ARDUINO UNO R3 TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG Sinh viên thực hiện : Hồ Văn Tươi Mã sinh viên : K12C08248 Giảng viên hướng dẫn : TS. Dương Hữu Ái Khóa đào tạo : 2018 - 2021 Đà Nẵng - 01/2021
2. LỜI MỞ ĐẦU Ngày này ,xã hội phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật ngày hiện đại nên nhu cầu về trao đối 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 công nghệ không dây đã ra đời và phát triển mạnh mẽ ,tạo rất nhiều thuận lợi cho con người trong đời sống hắng ngày. Trong những năm gần đây công nghệ truyền nhận dữ liệu không dây đang có những bước 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 như RF, Wifi, Bluetooth,NFC, Trong đó, Bluetooth là một trong những công nghệ được phát triển từ lâu và luôn được cải tiến đề nâng cao tốc đô cũng nhu khả năng bảo mât. Trên thị trường Việt Nam hiện nay chưa có đều là nhập khẩu từ nước ngoài vói giá thành cao. Việc nghiên cứu và thiết kế một bộ sản phẩm điều khiền thiết bị không dây có một ý nghĩa lớn, giúp tang them 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 thông minh. Do đó ,em quyết định thực hiện đề tài :”Thiết kế mạch điều khiển thiết bị điện từ xa dung remol bluetooth HC 05 và Arduino uno r3”.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 thiết bị sử dụng hệ điều hành Android có sẵn của người 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
3. CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện nay điện thoại thông minh ngày càng phổ biển, hệ điều hành Android được xây dựng và phát triển liên tục với các chia sẻ về mã nguồn mở, việc sử dụng Smartphone để điều khiển , giám sát thiết bị đang là một xu hướng . Em quyết định thực hiện đề tài :“THIẾT KỀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN TỪ XA DÙNG REMOT BLUETOOT HC- 05 VÀ ARDUINO R3”. 1.2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIỆN CỨU Em nghiên cứu về hệ điều hành Android,cách thức giao tiếp,điều khiển và thu thập dữ liệu từ các thiết bị qua Bluetooth. Từ đó em xây dựng phần mềm điều khiển chạy trên điện thoại Android. Em cũng thiết kế một phần cứng là một bộ điều khiển có thể điều khiển tam thiết bị điện 220VAC khác nhau.các module này có thể kết hợp với nhau để mở rộng đối tượng điều khiến. Kết quả mang lại của đề tài là một hệ thống hoàn thiện gồm phần mềm và phần cứng có thể sử dụng trong các hộ gia đình các phòng nghiên cứu. 1.3. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU Sau khi tìm hiểu thông tin về đề tài,cùng với những hiểu biết sẵn có và tìm kiếm thông tin liên quan, em xác định các đối tượng và phạm vị 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. Nghiên cứu Module Bluetooth HC-05: các thong số kỹ thuật ,nguyên lý hoạt động của module HC- 05. Hệ điều hành Android : kiến trúc hệ điều hành Android, chu kỳ hoạt động của dụng chạy trên hệ điều hành Android,phần mềm hỗ trợ lập trình Android Studio, ngôn ngữ lập trình Java,viết phần mềm ứng dụng. 2
4. Module Arduino Uno R3 :thiết kế hệ thống sử dụng để giao tiếp module Bluetooth,điều khiển các thiết bị. 1.4. GIẢI PHÁP THIẾT KẾ. Tìm hiểu về nguyên tắc thu phát hồng ngoại Giới thiệu các linh kiện dung trong mạch. Tính toán thiết kế: Mô phỏng mạch dung phần mềm Proteus 8.1 Thi công mạch. 3
5. CHƢƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG. 2.1. SƠ ĐỒ KHỐI. Thiết kế hệ thống điều khiển gồm bộ điều khiển với ngõ ra công suất và ứng dụng Control Light trên điện thoại thông minh nền tảng Android.Ứng dụng Control light sẽ kết nối với bộ điều khiển thông qua Bluetooth đề điều khiển thiết bị.Ngoài ra, khi không kết nối với điện thoại thì vẫn có điều khiển được thiết bị ngay trên bộ điều khiển.Cụ thể như sau: Hình 2.1. Sơ đồ khối hệ thống 2.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG  Khi bật thiết bị Khi click vào một button thì phần mềm android sẽ gửi gói tin (chứa lệnh mở thiết bị thông qua thiết bị Bluetooth của điện thoại đến Module HC – 05. Lúc này Module Bluetooth HC – 05 sẽ nhận gói tin và truyền về module Arduino để đưa tin hiệu ra đóng relay.  Khi tắt thiết bị Khi click một lần nữa vào một button thì phần mềm android sẻ gửi gói tin (chứa lệnh đóng thiết bị điện tử) thông qua thiết bị Bluetooth của điện thoại đến Module Bluetooth HC – 05. Lúc này Module Bluetooth HC-05 sẽ nhận gói tin và truyền về module Arduino để đứa tín hiệu ra mở relay. 4
6. 2.3. CÁC CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI (HOẶC MODULE) TRONG HỆ THỐNG: 2.3.1. Khối nguồn 2.3.2. Khối module Bluetooth: 2.3.3. Khối ngõ ra /đèn báo/rơ-le 2.3.4. Khối xử lí trung tâm 2.3.5. Khối điều khiển thiết bị 2.4. LỰA CHỌN LINH KIỆN 2.4.1. Module Arduino Uno R3 2.4.2. Module Bluetooth HC05 Bluetooth là chuẩn truyền thông không dây để trao đối dữ liệu ở khoảng cách ngắn. Chuẩn truyền thông này sử dụng sóng radio ngắn (UHF radio) trong dài tần số ISM (2.4 tới 2.485 GHz). Khoảng cách truyền của module này vào khoảng 15m. Hình 2.7. Module Bluetooth HC05 2.4.3. Module nguồn LM2596 Sử dung trong các mạch chuyển đổi nguồn DC – DC. Sử dụng trong các mạch điện tử hạ điện áp cao xuống điện áp thấp. Hình 2.8. Module nguồn LM2596 2.4.4. IC ULN 2803 ULN 2803 là một vi mạch đệm,bản chất cấu tạo là các mảng darlington chịu được dòng điện lớn và điện áp cao, trong đó có chưa 5
7. 8 cặp transitor NPN ghép darlington cực góp hờ với cực phát chung. Mỗi kênh của ULN 2803 có một diode chặn có thể sử dụng trong trường hợp tài có tính cảm ứng, ví dụ như các relay. ULN 2803 có khả năng điều khiển 8 kênh riêng biệt, có thể nối trực tiếp với vi điều khiển 5V. Bên cạnh đó, mỗi kênh của ULN 2803 có thể chịu được dòng điện lớn trong một thời gian dài lên tới 500mA với biên độ đình lên tới 600mA. Hình 2.9. IC ULN 2803 2.4.5. Rơ – le Rơ –le là một công tắc điều khiển từ xa đơn giản, nó dùng một dòng nhỏ để điều khiển một dòng lớn vì vậy nó được dùng bảo vệ công tắc nên cũng được xem là một thiết bị bảo vệ. Hình 2.1. Rơ-le 5 chân 2.4.6. Điện trở: Giá trị điện trở đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện của điện trở dòng điện trở. Yêu cầu cơ bản đổi với giá trị điện trở đó là ít thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm và thời gian, Điên trở dẫn điện càng tốt thì giá trị của nó càng nhỏ và ngược lại. Hình 2.2. Điện trở 6
8. CHƢƠNG III: XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG: Với đố án thiết kế mạch điện tử với đề tài là “Thiết Kế Mạch Điều Khiển Thiết Bị Điện Từ Xa Dùng Bluetooth HC05 Và Arduino R3”, việc thiết kế phần cứng của mạch hệ thống cụ thể chia làm 5 khối cơ bản: Khối nguồn Khối module Bluetooth Khối xử lí Khối rơ-le chấp hành và khối điều khiển 3.2. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý 7
9. 3.3. MẠCH IN Hình 3.2. Mạch in 3.4. MẠCH 3D: Hình 3.3. Mạch 3D 8
10. 3.5. THIẾT KẾ PHẦN MỀM 3.5.1 Thiết kế giao diện điều khiển trên Android: 3.5.1.1. Hƣớng dẫn cơ bản sử dụng với App Inventor 3.5.1.2. Xây dựng ứng dụng điều khiển thiết bị điện qua Bluetoooth: 3.5.2 Mô tả phần mềm nạp chƣơng trình cho Arduino Uno R3: 3.6. HOÀN THÀNH MẠCH VÀ MÔ HÌNH. 3.6.1. Mạch đồ án. 9
11. Hình 3.7. Mạch hoàn thành 3.6.2. Mô hình đồ án. Hình 3.8. Mô hình đồ án 10
12. CHƢƠNG IV : KẾT QUẢ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Qua thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em thực hiện đã hoàn thành cả lý thuyết lẫn thi công. Với đề tài này giúp cho em thực hiện học được nhiều điều bổ ích và nắm vững hơn về lý thuyết điện tử, vi xử lý. Trong thời gian làm đề tài, với sự hạn chế về tài liệu vì vậy đòi hỏi em phải cố gắng tìm tòi và nhiệt tình trong công việc nghiên cứu và cuối cùng đề tài đã hoàn thành 1 cách trọn vẹn. Đó là kết quả của 1 thời gian dài nỗ lực của em trong nhóm dưới sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn Thầy Dương Hữu Ái cùng với sự giúp đỡ của bạn bè nên đề tài đã hoàn thành đúng thời hạn. Em đã thực hiện được các nhiệm vụ của đồ án:”Thiết Kế Điều Khiển Thiết Bị Điện Từ Xa Dùng Module Bluetooth HC05 Và Arduino Uno R3”, thi công mô hình và lập trình điều khiển ON/OFF các tải. Đề tài của em có được những tính năng cơ bản sau: Điều khiển bật tắt các thiết bị bằng Bluetooth HC 05. Khi không muốn tay thu công thi tắt và bất đen bằng điện thoại thông minh. Do thời gian nghiên cứu và khả năng lập trình còn hạn hẹp nên đề tài chưa thể có những tính năng cao hơn như: mật khẩu hệ thống thay đổi được từ bàn phím .  Ƣu điểm: Giao diện Android đẹp, dễ dàng cài đặt trên hầu hết các điện thoại và máy tính bảng chạy android. Tốc độ xử lý nhanh.  Nhƣợc điểm: Cự ly truyền dữ liệu điện thoại module Bluetooth còn hạn chế. Do chất lượng linh kiện không đàm bảo đúng thông số 11
13. trong Datasheet nên có một số lỗi nhỏ như thời gian chưa hoạt động chính xác cũng như công suất không đảm bảo. Sản phẩm chưa được thử nghiệm với thời dài với nhiều môi trường khác nhau nên chưa đánh giả chính xác được độ ổn định. 12