Đặt vấn đề Ngày nay, xã hội phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật ngày càng hiện đại nên nhu cầu về trao đổi 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 hằng ngày. Kỹ thuật không dây phục vụ rất nhiều nhu cầu khác nhau của con người từ nhu cầu làm việc, học tập đến các nhu cầu giải trí như chơi game, xem phim, nghe nhạc.… Với nhu cầu đa dạng và phức tạp đó kỹ thuật không dây đã đưa ra nhiều chuẩn với các đặc điểm kỹ thuật khác nhau để phù hợp với từng nhu cầu mục đích và khả năng của người sử dụng như IrDA, WLAN với chuẩn 802.11, ZigBee, OpenAir, UWB, Bluetooth… Mỗi chuẩn kỹ thuật đều có những ưu khuyết điểm riêng của nó và Bluetooth đang dần nổi lên là kỹ thuật không dây có nhiều ưu điểm rất thuận lợi cho những thiết bị di động. Với một tổ chức nghiên cứu đông đảo, hiện đại và số lượng nhà sản xuất hỗ trợ kỹ thuật Bluetooth vào sản phẩm của họ ngày càng tăng, Bluetooth đang dần lan rộng ra khắp thế giới, xâm nhập vào mọi lĩnh vực của thiết bị điện tử và trong tương lai mọi thiết bị điện tử điều có thể hỗ trợ kỹ thuật này.
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 để nâng cao tốc độ cũng như khả năng bảo mật. Trên thị trường Việt Nam hiện nay chưa có nhiều sản phẩm điều khiển thiết bị không dây, đa số những sản phẩm hiện có đều là nhập khẩu từ nước 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 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, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị dân dụng thông qua phần mềm 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 hệ điều hành Android giúp tận dụng những 1 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 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. Mục tiêu của đề tài Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển gồm bộ điều khiển thiết bị công suất và ứng dụng BlueControl chạy trên hệ điều hành Android. Hệ thống có chức năng điều khiển thiết bị thông qua công nghệ Bluetooth bằng ứng dụng BlueControl trên hệ điều hành Android hoặc điều khiển thiết bị trực tiếp bằng nút nhấn có trên bộ điều khiển.
Một số yêu cầu đối với hệ thống: - Bộ điều khiển thiết kế đơn giản, gọn nhẹ và thẩm mỹ. Dễ dàng sửa chữa và thay thế linh kiện khi gặp sự cố trong quá trình sử dụng; - Phầm mềm điều khiển trên hệ điều hành Android có giao diện đẹp, trực quan, thân thiện với người dùng đồng thời cho phép tùy chỉnh phù hợp với yêu cầu của người sử dụng. Hỗ trợ nhiều thiết bị sử dụng nền tảng Android (từ phiên bản Android V4.1 trở lên); - Có khả năng hoạt động ổn định trong thực tế; - Có khả năng mở rộng một cách linh hoạt để tăng số lượng thiết bị điều khiển. Việc mở rộng có thể thực hiện bởi người sử dụng mà không cần sự hỗ trợ từ nhân viên kỹ thuật; - Tối ưu hóa các quy trình thiết kế thi công để giảm giá thành.
Giới hạn đề tài Hiện nay, trên thị trường có khá nhiều sản phẩm có chức năng điều khiển thiết bị bằng hệ điều hành Android như điện thoại, các thiết bị di động…., tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà mỗi sản phẩm có những đặc điểm và tính năng riêng biệt, với mục tiêu đề ra ban đầu, chúng tôi chỉ thiết kế sản phẩm có những tính năng cơ bản nhất của một sản phẩm điều khiển thiết bị qua hệ điều hành Android: - Bộ điều khiển thiết bị công suất với 5 ngõ ra cố định, công suất mỗi ngõ ra 1000W, điện áp ngõ ra 220VAC; - Cho phép thay đổi trạng thái các ngõ ra trực tiếp bằng nút nhấn có trên bộ điều khiển; - Có đèn báo trạng thái nguồn, trạng thái kết nối với điện thoại điều khiển và trạng thái hoạt động của các thiết bị; 2 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Phần mềm điều khiển cập nhật trạng thái thiết bị liên tục, ghi chú lịch sử tắt mở thiết bị để xem lại và cho phép hẹn giờ mở tắt các thiết bị; - Chỉ hoạt động trên các thiết bị chạy hệ điều hành Android 4.1 trở lên, không hỗ trợ các hệ điều hành khác như IOS, Blackbery OS, Window Phone, Symbian,…. - Một số tính năng chưa có của bộ sản phẩm: - Không hỗ trợ camera giám sát; - Không hỗ trợ điều khiển qua Internet; - Không hỗ trợ nâng công suất ngõ ra; - Không hỗ trợ tùy chỉnh ngôn ngữ. 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 từ những đồ án các khóa trước đã thực hiện, chúng tôi xác định các đối tượng 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; - Hệ điều hành Android: kiến trúc hệ điều hành Android, chu kỳ sống các ứng dụng chạy trên hệ điều hành Android, phần mềm hỗ trợ lập trình Eclipse, ngôn ngữ lập trình Java; - Module Bluetooth HC-06: các thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt động của module HC-06; - Vi điều khiển PIC18F4620: các thông số kỹ thuật nổi bật phù hợp với yêu cầu đề tài, sự hỗ trợ phần cứng của vi điều khiển để lập trình code điều khiển cho phù hợp; - Module RTC DS1307: các thông số kỹ thuật của module; nguyên lý hoạt động, các thanh ghi của DS1307. Phƣơng pháp nghiên cứu Do điều kiện về môi trường nghiên cứu, chúng tôi không có điều kiện làm việc trong các phòng LAB với nhiều thiết bị hỗ trợ, do đó phương pháp nghiên cứu chủ yếu là: 3 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Tham khảo tài liệu: các đồ án liên quan đến đề tài mà các khóa trước đã thực hiện, tìm kiếm thông tin trên Internet; - Thực nghiệm trực tiếp trên các kit phát triển có sẵn để kiểm tra phần cứng và phần mềm sau đó điều chỉnh các thông số cho phù hợp với điều kiện thực tế.
Ý nghĩa thực tiễn Khi mà lĩnh vực điện tử đang có sự phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là sự ra đời của SmartPhone sử dụng hệ điều hành Android với số lượng tăng theo cấp số nhân, việc nghiên cứu hệ điều hành Android và phương pháp lập trình di động có ý nghĩa rất lớn đặc biệt đối với sinh viên ngành Điện – Điện tử. Từ đó có thể thiết kế ra sản phẩm là sự kết hợp giữa thiết bị sử dụng hệ điều hành Android mà điển hành là thiết bị động như smartphone và các mạch điện tử cơ bản tạo thành một hệ thống thông minh. Sản phẩm sau khi hoàn thành của đồ án này cũng chính là sự kết hợp giữa thiết bị chạy hệ điều hành Android và các mạch điện tử cơ bản có tính ứng dụng cao, đặc biệt trong việc phát triển các hệ thống điều khiển không dây, mở ra một hướng đi khác cho sự phát triển của các hệ thống điều khiển thông minh. Một số ứng dụng trong thực tế của hệ thống: - Điều khiển các thiết bị điện gắn nhiều nơi trong nhà mà không cần di chuyển đến chỗ gắn công tắc, hoặc khi về nhà vào buổi tối bạn có thể bật đèn trong nhà trước khi vào; - Tăng tính thẩm mỹ đối với các ngôi nhà thông minh, không cần đặt các công tắc điều khiển khắp nhà, gây nguy hiểm khi nhà có trẻ em; - Bảo vệ an toàn cho người sử dụng, có thể điều khiển các thiết bị điện công suất lớn từ xa; - Hẹn giờ để tự động bật tắt thiết bị; - Hạn chế sử dụng các đường dây kết nối phức tạp để điều khiển các thiết bị công suất gia dụng; - Các hệ thống trang trại chăn nuôi và các vườn ươm hoa, cây giống: giúp bật đèn từ xa cho những khu vực thiếu ánh sáng, bật quạt thông gió cho khu vực có nhiệt độ cao hơn so với quy định giảm thiểu số công tắc điều khiển, điều khiển linh hoạt chỉ bật những thiết bị cần sử dụng.
Bố cục của đồ án Phần còn lại của đồ án có nội dung như sau: 4 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương này sẽ trình bày khái quát công nghệ Bluethooth (Khái niệm, đặc điểm, chế độ kết nối, kỹ thuật truyền dữ liệu và cách thức hoạt động), các thông số và ý nghĩa của các linh kiện chính sử dụng cho thiết kế bộ điều khiển (vi điều khiển PIC18F4620, IC Real-Time DS1307, module Bluetooth HC-06), kiến thức cơ bản về hệ điều hành Android hỗ trợ cho lập trình phần mềm điều khiển trên điện thoại ở chương sau. - Chương 3: Thiết kế hệ thống Chương này sẽ trình bày sơ đồ khối của bộ điều khiển, đưa ra các phương án thực hiện và lựa chọn phương án tối ưu nhất để thực hiện. Chương này cũng trình bày các yêu cầu cần có đối với phần mềm điều khiển trên điện thoại từ đó làm cơ sở để viết ứng dụng trên điện thoại. Ngoài ra còn trình bày phần yêu cầu đối với phần mềm điều khiển của vi điều khiển và lưu đồ hoạt động của chương trình.