Chương 1: Giới thiệu tổng quan về thị trường cà phê ở Việt Nam, tính cấp thiết trong việc ứng dụng khoa học công nghệ vào kinh doanh quán cà phê. Chương 2: Giới thiệu về mô hình hệ thống, công nghệ sử dụng và phần cứng liên quan. Chương 3: Đi sâu vào tìm hiểu công nghệ Bluetooth low energy Chương 4: Giới thiệu chi tiết mô hình hệ thống, tính toán, thiết kế và thi công hệ thống. Chương 5: Trình bày kết quả đạt được, ưu điểm, nhược điểm, kết luận và hướng phát triển.
7 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM do an Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 2. Board Arduino promini: 2. Giới thiệu về board Arduino pro mini: Được giới thiệu vào năm 2005, Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8 bit, hoặc ARM Atmel 32-bit.
Arduino là một nền tảng mà mọi thiết bị phần cứng đều được làm sẵn và chuẩn hóa, người dùng chỉ việc chọn những thứ mình cần, ráp lại là có thể chạy được. Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động. Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++.
Arduino là một nền tảng phần cứng mã nguồn mở: Các thiết kế phần cứng tham khảo của Arduino được phân phối dưới dạng Creative CommonsAttribution Share-Alike 2.5 license và có sẵn trên website của Arduino. Một vài phiên bản phần cứng của Arduino còn đưa lên cả file Layout và thành phẩm. Cộng đồng sử dụng arduino hiện nay rất lớn, giúp chúng ta dễ dàng tiếp cận cũng như xử lý vấn đề một cách nhanh chóng. Arduino Pro Mini là 1 board mạch rất nhỏ, tiêu hao năng lượng thấp, sử dụng chip ATmega328P.
Adruino Pro Mini đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng thực tế đòi hỏi sự gọn gàng, linh hoạt, chi phí thấp, và kích thước nhỏ. 8 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM do an 2. Chi tiết về board Arduino promini: Có 2 phiên bảng Arduino pro mini, một chạy ở điện áp 3.3v và một chạy ở 5v.1 Thông số chính arduino pro mini Vi điều khiển Atmega328 Điện áp hoạt động 3.3V hoặc 5V tùy model Nguồn vào đề nghị 3.4V – 12V đồi với model 3.3V; 6V – 12V đối với model 5V Digital I/O Pin 14 (trong đó có 6 chân có thể dùng làm ngõ ra PWM) Analog Input Pins 6 Dòng tối đa cho chip 200mA Dòng tại mỗi chân 40mA Công suất tiêu thụ 16mA Bộ nhớ Flash 32kB (0.5kB sử dụng cho bootloader) SRAM 2kB EEPROM 1kB Dao động 8MHz với model 3.3V; 16 MHz với model 5V Sau đây là chức năng các chân của arduino pro mini 5V: Bảng 2.2 Chức năng các chân arduino pro mini RAW Cấp nguồn 6V – 12V VCC Cấp nguồn 5V GND Nối đất RX Nhận dữ liệu nối tiếp TX Truyền dữ liệu nối tiếp 2 và 3 Chân digital I/O. Ngoài ra còn có thể cấu hình để kích hoạt ngắt.
Có thể cấu hình là ngõ ra PWM 8-bit 10,11,12,13 Chân digital I/O. Có thể cấu hình như chân SPI: 10 – SS ; 11 – MOSI ; 12 – MISO ; 13 – SCK A0 – A3 Chân ngõ vào analog A4, A5 Chân ngõ vào analog. Có thể sử dụng như chân I2C: A4 – SDA ; A5 – SCL A6, A7 Chân ngõ vào analog Reset Board sẽ reset nếu chân này về mức thấp 9 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM do an Hình 2.1 Arduino pro mini 10 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM do an 2. Công nghệ Bluetooth: 2.
Giới thiệu về Bluetooth: Bluetooth là công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giao tiếp với nhau bằng sóng vô tuyến qua băng tần chung ISM (Industrial, Scientific, Medical) trong dãy tầng 2. Đây là dãy băng tần không cần đăng ký được dành riêng để dùng cho các thiết bị không dây trong công nghiệp, khoa học, y tế. Bluetooth được thiết kế nhằm mục đích thay thế dây cable giữa máy tính và các thiết bị truyền thông cá nhân, kết nối vô tuyến giữa các thiết bị điện tử lại với nhau một cách thuận lợi với giá thành rẻ. Bluetooth Low Energy (BLE): 2.
Giới thiệu về BLE: Trước đây, một trong những lý do khiến người ta ngại bật bluetooth là vì nó tiêu tốn năng lượng khá nhiều, lại gây nóng máy nếu hoạt động liên tục. Tuy nhiên, Bluetooth 4.0 đã khắc phục được nhược điểm này. Một trong những cải thiện vượt trội nhất của BLE là gần như máy không bị tiêu hao pin dù bạn có bật thường trực. “Bluetooth low energy” là một phần của Bluetooth 4.0 với một giao thức hoàn toàn mới để những kết nối đơn giản được thực hiện nhanh chóng.
Nó là một sự chuyển đổi những giao thức tiêu chuẩn của Bluetooth 1.0 nhằm phục vụ cho những ứng dụng năng lượng cực thấp. Điều này cho phép giảm đáng kể điện năng tiêu thụ, qua đó kéo dài thời lượng pin các thiết bị di động, một vấn đề đang rất được quan tâm hiện nay. Thông số kỹ thuật: Truyền dữ liệu - công nghệ Bluetooth năng lượng thấp cung cấp các gói dữ liệu rất ngắn (8 byte tối thiểu lên đến 27 byte tối đa) với tốc độ 1 Mbit/s. Tất cả các kết nối tiên tiến sử dụng đánh giá sniff-sub để đạt được chu kỳ nhiệm vụ cực kỳ thấp.
Công nghệ bluetooth 4.0 cũng sử dụng dãy tần 2,4 GHz như công nghệ bluetooth cũ, Thừa hưởng những ưu thế về tốc độ truyền dữ liệu và khoảng cách giao tiếp giữa hai thiết bị lên tới 90m, tốc độ bit là 1 Mbit/s và công suất phát tối đa là 10 mW. Công nghệ Bluetooth năng lượng thấp sử dụng một CRC 24 bit mạnh mẽ trên tất cả các gói đảm bảo sự chống nhiễu tối đa. Bảo mật an ninh - mã hóa AES-128 Full sử dụng CCM để cung cấp mã hóa và xác thực của các gói dữ liệu. 11 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM do an Cấu trúc liên kết - công nghệ Bluetooth năng lượng thấp sử dụng một địa chỉ truy cập 32 bit trên mỗi gói cho mỗi thiết bị, cho phép hàng tỷ thiết bị được kết nối.
Công nghệ này được tối ưu hóa cho một-một kết nối trong khi cho phép một- nhiều kết nối sử dụng cấu trúc liên kết hình sao. Với việc sử dụng các kết nối nhanh chóng và ngắt kết nối, dữ liệu có thể di chuyển trong một vùng mạng lưới một cách đơn giản và dễ dàng. Đặc điểm kỹ thuật: Hình 2.0 HM-10 HM-10 là một board phát triển của chip CC2540 (hoặc CC2541) cho công nghệ Bluetooth low energy với firmware đã được nạp sẵn lên chip. HM-10 sử dụng giao diện truyền nhận nối tiếp để khởi động các mode và giao tiếp.2 là ảnh thực tế của module HM-10.
Có 2 chế độ Master và Slave. Có các chức năng : Transmission Version, Remote Control version and PIO State Acquisition Functions. Transmission Version sử dụng để truyền dữ liệu giữa hai thiết bị bluetooth. Remote control điều khiển các PIO ports output mức cao hay mức thấp mà không cần một MCU nào khác.
PIO state acquisition functions được sử dụng để acquisition PIO ports state mà không cần sử dụng một MCU nào khác. Có thể sử sụng tập lênh AT để thiết lập lại các thông số của module HM – 10. Đặc điểm kỹ thuật của module HM-10 được mô tả ở bẳng 2.3 12 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM do an Bảng 2.3 Đặc điểm kỹ thuật module HM - 10 Loại module Không dây Chức năng Bluetooth SPP (Master & Slave) Tần số hoạt động 2.4 GHz Khối lượng 8g Kích thước 26.2 mm Phiên bản 1.0 Nguồn cung cấp 3.3VDC Nhiệt độ hoạt động -5 -> 65◦C Bảo vệ Xác thực và mã hóa Gửi và nhận không có giới hạn byte. Phương pháp điều chế GFSK Dòng tiêu thụ 400uA ~ 1.5mA ở sleep mode và 8.5mA ở active mode Baudrate Hỗ trợ đến 230400 mặc định là 9600 Công suất phát -23dbm, -6dbm, 0dbm, 6dbm 2.
Chip CC2541: Chip CC2541 tiêu thụ năng lượng thấp, được xem là giải pháp cho các ứng dụng BLE. Nó cho phép ta thiết lập chế độ master và slave trên việc xây dựng một ứng dụng với một mức giá về thiết bị rất thấp. Chip CC2541 kết hợp giữa một thiết bị thu phát RF hàng đầu với một MCU công nghiệp 8051, trong hệ thống cho phép lập trình, 8 KB bộ nhớ flash, và nhiều tính năng khác mạnh mẽ hỗ trợ và thiết bị ngoại vi. Chip CC2541 phù hợp cho các hệ thống tiêu thụ điện năng thấp, thời gian chuyển tiếp ngắn giữa các chế độ hoạt động.
Chip CC2541 có hai phiên bản khác nhau: CC2541F128 và CC2541F256, với 128 KB và 256 KB bộ nhớ flash, tương ứng.3 là sơ đồ khối của chíp CC2541. Có thể chia thành ba phần module: - Module liên quan đến CPU và bộ nhớ: Cấu tạo bởi core MCU 8051. CPU có ba vùng nhớ truy suất được (SFR, DATA, CODE/XDATA). Bên cạnh đó CPU cũng cho phép các giao tiếp debug và các ngắt ngoài.
- Module đến các thiết bị ngoại vi, clocks, công suất. Được cung cấp với điện áp thấp 1. Hơn thế nữa, CC2541 có sẵn các chức năng cho phép sử dựng ở những chế độ tiết kiệm năng lượng khác nhau như (PM1, PM2, PM3) nhằm đáp ứng các ứng dụng tiết kiệm năng lượng. - Module liên quan đến radio.
Core RF trong module điều khiển các module analog radio và digital radio thông qua các API commands đến BLE stack. 13 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM do an Hình 2.3: Sơ đồ khối chip CC2541 14 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.HCM do an 2. Sơ đồ cấu hình chân ra của HM – 10: Hình 2.4 Sơ đồ cấu hình chân HM-10 Bảng 2.4 Tên và chức năng các chân HM - 10 STT Tên Chức năng 1 UART_TX Giao diện UART 2 UART_RX Giao diện UART 3 UART_CTS Giao diện UART 4 UART_RTS Giao diện UART 5 NC NC 6 NC NC 7 NC NC 8 NC NC 9 NC NC 10 NC NC 11 RESETB 12 VCC 3.3V 15 Khoa ĐT CLC – ĐH SPKT TP.