Điều khiển thiết bị từ xa bằng Smartphone dựa trên sóng Bluetooth

Điều khiển thiết bị từ xa bằng điện thoại thông minh đang là một hướng nghiên cứu mới được các

học giả trong và ngoài nước quan tâm và phát triển. Đặc biệt sự phát triển của công nghệ không dây như

Bluetooth, wifi đã được tích hợp trên các Smartphone. Bài báo này giới thiệu và trình bày ngắn gọn một

thiết kế sử dụng Smartphone để điều khiển xe mô hình qua sóng Bluetooth, cách xây dựng phần mềm điều

khiển trên nền tảng hệ điều hành Android sử dụng phần mềm Android Studio. Kết quả của đề tài này sẽ là

cơ sở thiết kế điều khiển xe dò đường, xe do thám trong các lĩnh vực an ninh và quốc phòng, các hệ thống

điều khiển không dây ứng dụng trong thực tiễn sử dụng sóng Bluetooth.

Điều khiển thiết bị từ xa bằng Smartphone dựa trên sóng Bluetooth trang 1

Trang 1

Điều khiển thiết bị từ xa bằng Smartphone dựa trên sóng Bluetooth trang 2

Trang 2

Điều khiển thiết bị từ xa bằng Smartphone dựa trên sóng Bluetooth trang 3

Trang 3

Điều khiển thiết bị từ xa bằng Smartphone dựa trên sóng Bluetooth trang 4

Trang 4

Điều khiển thiết bị từ xa bằng Smartphone dựa trên sóng Bluetooth trang 5

Trang 5

pdf 5 trang duykhanh 6300
Bạn đang xem tài liệu "Điều khiển thiết bị từ xa bằng Smartphone dựa trên sóng Bluetooth", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Điều khiển thiết bị từ xa bằng Smartphone dựa trên sóng Bluetooth

Điều khiển thiết bị từ xa bằng Smartphone dựa trên sóng Bluetooth
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng 6 - 2017 Journal of Science and Technology 37
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA 
BẰNG SMARTPHONE DỰA TRÊN SÓNG BLUETOOTH
Lý Văn Đạt, Nguyễn Văn Vinh, Nguyễn Thị Nhung, Phạm Thị Ngọc Anh,
Nguyễn Thị Huyền Linh, Hoàng Thị Hằng, Đào Văn Đã
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên
Ngày tòa soạn nhận được bài báo: 15/03/2017
Ngày phản biện đánh giá và sửa chữa: 10/05/2017
Ngày bài báo được duyệt đăng: 30/05/2017
Tóm tắt:
Điều khiển thiết bị từ xa bằng điện thoại thông minh đang là một hướng nghiên cứu mới được các 
học giả trong và ngoài nước quan tâm và phát triển. Đặc biệt sự phát triển của công nghệ không dây như 
Bluetooth, wifi đã được tích hợp trên các Smartphone. Bài báo này giới thiệu và trình bày ngắn gọn một 
thiết kế sử dụng Smartphone để điều khiển xe mô hình qua sóng Bluetooth, cách xây dựng phần mềm điều 
khiển trên nền tảng hệ điều hành Android sử dụng phần mềm Android Studio. Kết quả của đề tài này sẽ là 
cơ sở thiết kế điều khiển xe dò đường, xe do thám trong các lĩnh vực an ninh và quốc phòng, các hệ thống 
điều khiển không dây ứng dụng trong thực tiễn sử dụng sóng Bluetooth.
Từ khóa: Điều khiển, xe mô hình, Android, Android Studio, Bluetooth.
1. MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật 
và công nghệ thông tin, nhu cầu điều khiển các thiết 
bị từ xa nhờ các hệ thống thông minh ngày càng 
được quan tâm. Các hệ thống có dây cũng đang 
được thay thế dần bằng công nghệ không dây với 
mục đích giảm bớt sự cồng kềnh, phức tạp mà vẫn 
có thể đáp ứng nhu cầu truyền, nhận thông tin. Hiện 
nay có nhiều công nghệ truyền nhận không dây như 
RF (RF, Radio Frequency), Wifi, Bluetooth, vv. Đã 
có rất nhiều nghiên cứu sử dụng công nghệ này để 
điều khiển thiết bị cho gia đình hay phát triển hệ 
thống ngôi nhà thông minh [1], hoặc sử dụng tin 
nhắn SMS để điều khiển các thiết bị điện [2]. Với 
việc sử dụng Smartphone điều khiển thiết bị điện 
thông qua sóng Bluetooth trên thế giới có nhiều 
nghiên cứu điển hình [3]. Ở trong nước một số đề 
tài nghiên cứu khoa học trong sinh viên đã được 
triển khai [4], do việc điều khiển các thiết bị không 
cần khoảng cách xa nên các nghiên cứu này vẫn 
chỉ dừng lại ở chuẩn Bluetooth 2.0 với khoảng cách 
tối đa là 10m. Một số đề tài điều khiển xe mô hình 
sử dụng sóng RF [5] nhưng nhược điểm của sóng 
RF là khả năng chống nhiễu kém và tính bảo mật 
không cao. Vì vậy, việc thiết kế bộ điều khiển xe 
bằng Smartphone thông qua sóng Bluetooth sử 
dụng chuẩn 4.0 sẽ giải quyết vấn đề về khoảng cách, 
tốc độ truyền cũng như tính bảo mật. Nghiên cứu 
này là bước đầu để giao tiếp vi điều khiển và điện 
thoại thông qua sóng Bluetooth, cách viết ứng dụng 
trên nền tảng hệ điều hành Android qua đó có thể 
pháp triển cho nhiều bài toán điều khiển không dây 
ứng dụng trong thực tiễn. Các bộ điều khiển xe dò 
đường, xe do thám trong các lĩnh vực an ninh và 
quốc phòng.
Nội dung bài báo tập trung vào việc xây 
dựng thuật toán điều khiển, thiết kế mạch điều 
khiển và xây dựng giao diện điều khiển chạy trên 
nền Android với chuẩn giao tiếp Bluetooth 4.0, tốc 
độ truyền tải lên đến 25Mbps, khoảng cách truyền 
tối đa là 100m và dễ dàng ghép đôi các thiết bị.
2. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE 
MÔ HÌNH BẰNG SÓNG BLUETOOTH
2.1. Xây phần mền điều khiển, thiết kế và chế tạo 
mạch điều khiển
Hệ thống điều khiển bao gồm hai phần chính 
là phần mền điều khiển được cài đặt trên điện thoại 
và phần mạch điều khiển trung tâm được đặt trên 
xe.
2.1.1. Xây dựng lưu đồ thuật toán
Phần mềm ứng dụng được viết bằng ngôn 
ngữ Android Studio, có thể cài đặt được trên tất 
cả các Smartphone sử dụng hệ điều hành Android. 
Phần mềm điều khiển xe mô hình ứng với các 
chức năng di chuyển tiến, lùi, rẽ trái và rẽ phải; với 
mỗi các chức năng tương ứng Smartphone sẽ gửi 
mã riêng tới module Bluetooth 4.0. Khi module 
Bluetooth nhận được tín hiệu sẽ truyền đến vi xử 
lý để xử lý và điều khiển động cơ. Hình ảnh tìm 
kiếm thiết bị, giao diện điều khiển trên điện thoại 
và lưu đồ thuật toán được thể hiện ở các hình 1, 2 
và 3 tương ứng.
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology38 Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng 6 - 2017
Hình 1. Giao diện tìm kiếm thiết bị
Hình 2. Giao diện trên hệ điều hành Android
Hình 3. Lưu đồ thuật toán
2.1.2. Thiết kế mạch điều khiển
Mạch điều khiển trung tâm được thiết kế nhỏ 
gọn nhờ sử dụng vi điều khiển PIC 18F4431 (PIC, 
Programmable Intelligent Computer), có ưu điểm 
về tốc độ xử lý nhanh hơn họ vi điều khiển 89C51 
do có bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu riêng 
biệt. Bên cạnh đó PIC có cơ chế bảo mật cao cho 
phép người lập trình đặt mật khẩu nạp chương trình 
vì vậy người sử dụng sẽ không thể tải mã chương 
trình từ chíp xuống nếu không có mật khẩu. Mạch 
điều khiển được kết nối với Smartphone thông qua 
module Bluetooth 4.0. Động cơ được điều khiển 
thông qua khối công suất sử dụng IC L298 (IC, 
Intergrated Circuit). Toàn bộ mạch được cung cấp 
bởi hai nguồn pin là 9V và 4.8V, trong đó nguồn 
pin 9V cung cấp cho nguồn vi xử lý và module 
Bluetooth; nguồn pin 4.8V cung cấp cho động cơ.
2.2. Sơ đồ khối hệ thống
Mô hình hệ thống bao gồm các khối như 
khối Module Bluetooth, khối xử lý trung tâm, khối 
công suất động cơ và khối nguồn được kết nối với 
nhau như Hình 4.
Hình 4. Mô hình hệ thống
2.2.1. Khối module Bluetooth 4.0 HM-10
Module này có khả năng giao tiếp với các 
thiết bị của Apple cũng như các thiết bị sử dụng 
phần mềm Android có hỗ trợ chuẩn Bluetooth 4.0 
thông qua tập lệnh AT. Với ưu điểm là khả năng 
tiêu thụ điện năng thấp (400µA ở Sleep Mode) và 
khoảng cách truyền xa hơn Bluetooth 2.0 rất nhiều 
(100m không vật cản). Module có nhiệm vụ nhận 
tín hiệu từ điện thoại, tín hiệu được gửi về vi xử lý 
trung tâm và đưa ra các lệnh điều khiển tương ứng.
Hình 5. Module Bluetooth 4.0 HM-10
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng 6 - 2017 Journal of Science and Technology 39
2.2.2. Khối công suất điều khiển động cơ
Tín hiệu ra từ vi điều khiển có dòng điện 
20mA, điện áp 4,8V. Để điều khiển hai động cơ 
cho xe, một động cơ lái điều chỉnh hướng và một 
động cơ đẩy ta cần sử dụng hai mạch cầu H hoặc 
IC Inter chuyên dụng L 298 để khuếch đại tín hiệu 
điều khiển. IC L298 được tích hợp hai bộ cầu H 
bên trong để điều khiển động cơ; IC này có điện áp, 
dòng điện làm việc lớn nhất là: 40V, 3A; IC có kết 
cấu gọn nhẹ, giá thành thấp vì vậy lựa chọn IC L298 
trong mô hình này là phù hợp.
Hình 6. Hình ảnh IC L298
Sơ đồ kết nối L 298 với động cơ được thể 
hiện ở Hình 7.
Hình 7. Sơ đồ kết nối L298 với động cơ
2.2.3. Khối xử lý trung tâm
Bộ xử lý trung tâm có chức năng nhận thông 
tin từ Smartphone thông qua module Bluetooth sau 
đó xử lý, điều khiển động cơ. Để thực hiện các chức 
năng xử lý tín hiệu có rất nhiều loại vi xử lý như vi 
điều khiển 89C51, vi điều khiển PIC, hoặc AVR. 
Ở bài báo này nhóm tác giả lựa chọn vi điều khiển 
PIC 18F4431 của hãng Microchip. Đây là vi điều 
khiển 8 bit, có tốc độ xử lý cũng như những kết nối 
ngoại vi đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đặt ra của bài 
toán. Một số ưu điểm nổi bật của PIC 18F4431 là có 
hỗ trợ UART, bộ nhớ Flash Program 16KB, RAM 
768B, và sử dụng bộ dao động 40Mhz cho tốc độ 
xử lý nhanh hơn.
Hình 8. Sơ đồ chân PIC 18F4431
Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển 
được thiết kế như Hình 9.
Hình 9. Lưu đồ thuật toán điều khiển
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology40 Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng 6 - 2017
3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO 
LUẬN
Mạch điều khiển xe bằng Smartphone thông 
qua sóng Bluetooth được thiết kế và đã qua thử 
nghiệm cho thấy khoảng cách truyền, nhận giữa 
Smartphone và xe lên đến 70m, xe có thể chạy tiến, 
lùi, rẽ trái và rẽ phải với khả năng đáp ứng nhanh và 
không bị nhiễu từ các thiết bị khác.
Với việc xây dựng phần mềm ứng dụng cài 
đặt trên nền Android thì tất cả các Smartphone cài 
đặt ứng dụng này đều có thể điều khiển được xe và 
không cần điều khiển khác đi kèm.
Về tính bảo mật khi xây viết chương trình 
điều khiển trên điện thoại để thực hiện kết nối giữa 
hai thiết bị phần mền yêu cầu mã xác nhận kết 
nối do người lập trình cài đặt. Vì vậy muốn điều 
khiển được thiết ngoài việc điện thoại đã cài đặt 
phần mềm điều khiển thì cần có mã kết nối. Đây là 
ưu điểm của sóng Bluetooth so với sóng vô tuyến. 
Ngoài ra chuẩn Bluetooth 4.0 sử dụng kỹ thuật nhảy 
tần ở tần số 2.5GHz, liên lạc giữa thiết bị sẽ thực 
hiện 1600 lần nhảy trên giây ở 79 tần số khác nhau 
mục đích để giảm ảnh hưởng của Fading đa đường 
và tăng chất lượng đường truyền.
Hình 10. Hình ảnh sản phẩm hoàn thiện
4. KẾT LUẬN
Ở bài báo này, nhóm tác giả đã thiết kế 
thành công hệ thống điều khiển xe mô hình bằng 
Smartphone sử dụng phần mềm Android dựa trên 
sóng Bluetooth hoạt động hiệu quả. Khả năng đáp 
ứng điều khiển nhanh, sản phẩm có thể hoàn thiện 
để bán trên thị trường hoặc để làm thiết bị dạy học, 
triển lãm. Tuy nhiên khả năng đáp ứng (tốc độ 
truyền dữ liệu) mới chỉ dừng ở mức định tính chưa 
có đo kiểm giám sát, hệ thống chỉ thử nghiệm ở địa 
hình bằng phẳng, vấn đề tăng giảm tốc độ cho xe 
chưa được xem xét.
Trong tương lai, nhóm tác giả sẽ phát triển 
thêm phần camera để thu nhập hình ảnh gửi về 
Smartphone và có thêm các tính năng cảnh báo 
cũng như thay đổi kết cấu cơ khí để có thể di chuyển 
được trong nhiều địa hình khác nhau phù hợp với 
các ứng dụng trong các lĩnh vực như cứu hộ, dò 
đường, an ninh và quốc phòng.
Tài liệu tham khảo
[1]. Sriskanthan N., Tan F., Karande A., Bluetooth based Home Automation System, Microprocessors 
and Microsystems, vol. 26 (2002), pp. 281-289.
[2]. Thân Ngọc Hoàn, Dương Văn Tuyển, Nguyễn Tiến Ban, Điều khiển từ xa các thiết bị điện qua 
tin nhắn điện thoại, Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải, vol. 21 (2010), pp. 7-13.
[3]. Vini Madan, S.R.N Reddy, GSM-Bluetooth based Remote Monitoring and Control System with 
Automatic Light Controller, International Journal of Computer Applications, vol. 46 (2012), pp. 
20-28.
[4]. Hoàng Minh Thuận, Điều khiển thiết bị bằng điện thoại Android qua sóng Bluetooth, Tuyển tập 
đề tài nghiên cứu khoa học khoa Điện – Điện tử giai đoạn 2011-2015, Đại học Duy Tân, (2015).
[5]. Lê Hùng Linh, Dương Chính Cương, Ngô Hữu Huy, Mô hình robot điều khiển từ xa bằng máy 
tính thông qua sóng Radio, Tạp chí khoa học & Công nghệ Đại học Thái Nguyên, vol. 71 (2011), 
pp. 71-77.
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng 6 - 2017 Journal of Science and Technology 41
REMOTE – CONTROL DEVICES 
BY SMART PHONE BASED ON BLUETOOTH WAVE
Abstract:
Remote – control devices by smart phone is new research which is cared and developed by 
Vietnamese and foreign researchers. Specially, wireless technology developing is integrated in Smart phone 
as Bluetooth, wifi. This paper presents a design using a smart phone to control car model through Bluetooth 
wave based on Android system. Result of the search is a basic theory for designing and controlling road 
tracking and explorer vehicles in security army applycations.
Keywords: remote control, Car model, Android, Bluetooth.

File đính kèm:

  • pdfdieu_khien_thiet_bi_tu_xa_bang_smartphone_dua_tren_song_blue.pdf