CHƯƠNG I: TONG QUAN >> -——©>ẻẺ————— ——=>° Chương ba trình bày sơ đồ khối của bộ điều khiển, đưa ra các phương án thực hiện và lựa chọn phương án tối wu nhất dé thực hiện. Chương này cũng trình bày các yêu câu cẦn có đối với phần mầm điều khiển trên điện thoại từ đó làm cơ sở để lập trình cho điện thoại. Ngoài ra còn trình bày phần yêu cầu đối với phần mầm điều khiển của Vi điều khiển và lưu đồ hoạt động của chương trình. -_ Chương 4; Kết quả Chương bắn này sẽ trình bày các kết quả đạt được sau thời gian thực hiện đỀ tài gôm có hình ảnh về sản phẩm (bộ điều khiển và ứng dụng trên điện thoai), các kết quả điều khiển của sản phẩm - Chương 5: Kết luận ~ Hướng phát triển Chương năm trình bày các kết luận sau khi hoàn thành sản phẩm, các hướng phát triển của để tài đỀ có thể ghất triển sản phẩm tốt hơn trong tương lai.
Trang 5 SVTH: ĐINH QUANG HIỆP - VÕ TẤN PHƯỚC CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT —___—__— CHUONG II CO SO LY THUYET SVTH: DINH QUANG HIỆP - VÕ TẤN PHƯỚC Trang 6 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYÊT ———ễ——— —=—— Chương này nói về những Lý thuyết cơ bản của Công nghệ Bluetooth, các đặc điểm nối bật của vi điều khiển PIC18/4620, Module Bluetooth HC-05 và tổng quan về hệ điều anh Android. Từ những kiến thức cơ bản của chương này làm tiền đề cho việc thiết kế hệ thông phần cứng ở chương sau và viết ứng dụng điều khiển trên điện thoại Android. Công nghệ Bluetooh 2. Khái niệm Bluetooth Bluetooth là công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện, điện từ giao tiếp với nhau trong khoảng cách ngắn, bằng sóng vô tuyến qua băng tần chung ISM (Industrial, Scientific, Medical) trong dãy tầng 2.
Đây là đãy băng tầng 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 thánh rẻ Khi được kích hoạt, Bluetooth có thể tự động định vị những thiết bị khác có chung công nghệ trong vùng xung quanh và bất đầu kết nối với chúng. Nó được định hướng sử dụng cho việc truyền dữ liệu lẫn tiếng nói. Bluetooth được thiết kế để hoạt động ở mức năng lượng rất thấp. Đặc tả đưa ra 3 mức năng lượngtừ ImW tới 100 mW = Mite năng lượng 1 (100mW): Được thiết kế cho những thiết bị có phạm vi hoạt động rộng (~100m) -_ Mức năng lượng 2 (2.5mW): Cho những thiết bị có phạm vi hoạt động thông thường (-10m) ~_ Mức năng lượng 3 (LmW): Cho những thiết bị có phạm vi hoạt động ngắn (~10cm) 2.
Các đặc điểm của công nghệ Bluetooth 2.Ưu điểm ~_ Tiêu thụ năng lượng thấp, có thể ứng dụng được trong nhiều loại thiết bị, bao gồm cả các thiết bị cầm tay và điện thoại đi động -_ Giá thành hạ (Sự phát ên của công nghệ làm cho giá thành thiết bị Bluetooth ngày cảng giảm dẫn). ~_ Khoảng cách giao tiếp cho phép : + Khoảng cách giữa hai thiết bị đầu cuối có thể lên đến 10m ngoài trời, và 5m trong. SVTH: ĐINH QUANG HIỆP - VÕ TÁN PHƯỚC Trang 7 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ————————”” + Khoảng cách thiết bị đầu cuối và Access point có thể lên tới 100m ngoài trời và 30m trong tòa nhà. Bluetooth sử dụng băng tần không đăng ký 2.4Ghz trên dãy băng tần ISM.
Tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới mức tối đa 1Mbps (do sử dụng tắn số cao) mà các thiết bị không cần phải thấy trực tiếp nhau (light-of-sight requirements) Dễ dàng trong việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối một ứng dụng này với một ứng dụng khác thông qua các chuẩn “Bluetooth profiles”, do đó có thể độc lập về phần cứng cũng như hệ điểu hành sử đụng. An toàn và bảo mật: được tích hợp với sự xác nhận và mã hóa. Tính tương thích cao, được nhiễu nhà sản xuất phần cứng cũng như phần mềm hỗ trợ. Sử dụng “iiequency hopping” giúp giảm va chạm sóng tối đa.
Có khả nắng bảo mật từ 8->128bit 3.Khuyết điểm Do sử dụng mô bình adhoc => không thể thiết lập các ứng dụng thời gian thực. Khoảng cách kết nói còn ngắn so với các công nghệ mạng không dây khác. Số thiết bị active, pack cùng lúc trong một piconect còn hạn chế. 'Tốc độ truyền của Bluetooth không cao.
Bị nhiễu bởi một số thiết bị sử dụng sóng radio khác. Bảo mật còn thấp. Các khái niệm dùng trong công nghệ Bluetooth 2.Master Unit Là thiết bị duy nhất trong 1 Piconet, Master thiết lập đồng hồ đếm xung và kiểu bước nhảy (hopping) đẻ đồng bộ tất cả các thiết bị trong cùng piconet mà nó đang quản lý, thường là thiết bị đầu tiên chuyên đổi đữ liệu. Master cũng quyết định số kênh truyền thông.
Mỗi Piconet có một kiểu hopping duy nhất.Slaver Unit 1à tắt cả các thiết bị còn lại trong piconet, một thiết bị không là Master thì phải là Slave. Tối đa 7 Slave dang Active và 255 Slave dang Parked (Inactive) trong 1 Piconet. Có 3 dang Slave trong một Piconet: ~ Active: Slave hoạt động, có khả năng trao. đổi thông tin voi Master và các Slave Active khác trong Piconet.
Các thiết bị ở trạng thái này được phân biệt thông qua 1 địa chỉ MAC (Media Access Control) hay AMA (Active Member Address ) - đó là con số SVTH: ĐINH QUANG HIỆP - VO TAN PHUGC Trang 8 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT -— Fe ss SS gồm 3 bit. Nên trong 1 Piconet có tối đa 8 thiết bị ở trang thái nảy (1 cho Master và 7 cho Slave). = Standby: Standby 14 mét dang inactive, thiét bj trong trạng thái này không trao đổi dữ liệu, sóng radio không có tác động lên, công suất giàm đến tối thiểu để tiết kiệm năng lượng, thiết bị không có khả năng dò được bất cứ mã truy cập nào. Có thể coi là những thiết bị trong nằm ngoài vùng kiểm soát của Master.
- Parked: 1A mt dang inactive, chi 1 thiết bị trong 1 Piconet thường xuyên được đồng bộ với Piconet, nhưng không có 1 địa chỉ MAC. Chúng như ở trạng thái "ngủ" và sẽ được Master gọi đậy bảng tín hiệu "beacon" (tín hiệu báo hiệu). Các thiết bị ở trạng thai Packed duoc đánh địa chỉ thông qua địa chi PMA (Packed Member Address). Đây là con số 8 bits để phân biệt các packed Slave với nhau và có tối đa 245 thất bị ở trạng thái này trong | Piconet.Piconet Picotnet là tập hợp các thiết bị được kết nối thông qua kỹ thuật Bluetooth theo mô hình Ad-Hoc (đây là kiểu mạng được thiết lập cho nhu cầu truyền dữ liệu hiện hành và tức thời, tốc độ nhanh và kết nói sẽ tự động huỷ sau khi truyền xong).
Trong 1 Piconet thì chỉ có 1 thiết bị là Master. Đây thường là thiết bị đầu tiên tạo kết nối, nó có vai trò quyết định số kênh truyền thông và thực hiện đồng bộ giữa các thành phần trong Piconet, các thiết bị còn lại là Slave. Đó là các thiết bị gửi yêu cầu đến Master. Lam ý rằng, 2 Slave muốn thực hiện liên lạc phải thông qua Master bởi chúng không bao giờ kết nối trực tiếp được với nhau, Master sẽ đồng bộ các Slave về thời gian và tần số.
Trong 1 Piconet có tối đa 7 Slave đang hoạt động tại 1 thời điểm. SVTH: ĐINH QUANG HIỆP - VÕ TẤN PHƯỚC Trang 9 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYÊT Minh hoạ một Piconet gồm nhiều Siave: Hình 2.1: Một Piconet trong thực tế 1.Scaternet - Là 2 hay nhiễu Piconet độc lập và không đổng bộ, các Piconet này kết hợp lại truyền thông với nhau. - Tưuý: + Một thiết bị có thể vừa là Master của Piconet này, vừa là Slave của Piconet khác. + Vai trò của 1 thiết bị trong Piconet là không cố định, có nghĩa là nó có thể thay đổi từ Master thành Slave và ngược lại, từ Slave thành Master.
Ví dụ nếu Master không đủ khả năng cung cấp tài nguyên phục vụ cho Piconet của mình thì nó sẽ chuyển quyền cho 1 Slave khác giàu tài nguyên hơn, mạnh hơn, bởi vi trong 1 piconet thi Clock và kiểu Hopping đã được đồng bộ nhau sẵn.2: Một Scatternet gồm 2 Piconet SVTH: ĐINH QUANG HIỆP - VÕ TÁN PHƯỚC Trang 10 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYÊT ~ ——————————-_ 2. Định nghĩa các liên kết vật lý trong Bluetooth Asynchronous connectionless (ACL): được thiết lập cho việc truyền dữ liệu, những gói dữ liệu cơ bản (primarily packet data). Là một kết n6i point-to- multipoint giữa Master và tắt cả các Slave tham gia trong piconet. Chỉ tồn tại duy nhất một kết nối ACL.
Chúng hỗ trợ những, kết nối chuyển mạch gói (packet-switched connection) đối xứng và không đối xứng. Những gói tin đa khe dùng ACL link và có thể đạt tới khả năng truyền tối đa 723 kbps ở một hướng và 57,6 kbps ở hướng khác. Master điều khiển độ rộng băng tầng của ACL link và sẽ quyết định xem trong một piconet một sÌave có thể dùng băng tầng rộng bao nhiêu. Những gói tin broadcast trayén bing ACL link, tir master đến tất cả các slave.
Hầu hết các gói tin ACL đều có thể truyền lại Synchronous connection-oriented (SCO): hd trợ kết nối đối xứng, chuyển mạch (circuit- switched), point-to-point giữa một Master và một Slave trong 1 piconet. Kết nối SCO chủ yếu ding 48 wuyén đữ liệu tiếng nói. Hai khe thời gian liên tiếp đã được chỉ định trước sẽ được dành riêng cho SCO link. Dữ liệu truyền theo SCO link có tốc độ 64kbps.
Master có thể hỗ trợ tối đa 3 kết nối SCO đồng thời. SCO packet không chứa CRC (Cyclic Redundancy Check) và không bao giờ truyền lại. Liên kết SCO được thiết lập chỉ sau khi 1 liên kết ACL đầu tiên được thiết lập. Trạng thái của thiết bị Bluetooth Có 4 trạng thái chính của 1 thiét bj Bluetooth trong 1 piconet: - Inquiring device (inquiry mode): thiết bị đang phát tín hiệu tìm thiết bị Bluetooth khác.
- Inquiry scanning device (inquiry scan mode): thiết bị nhận tín hiệu inguiry của thiết bị đang thực hiện inquiring và trả lời. - Paging device (page mode): thiết bị phát tín hiệu yêu cầu kết nói với thiét bj da inquiry từ trước. - Page scanning device (page scan mode): thiết bị nhận yêu cầu kết nối từ paging device và trả lời. Các chế độ kết nối _ Acfve mode: trong chế độ này, thiết bị Bluetooth tham gia vào hoạt động của mạng.
'Thiết bị master sé điều phối lưu lượng và đồng bộ hóa cho các thiét bj slave. ~ §niff mode: là 1 chế độ tiết kiệm năng lượng của thiết bị đang ở trạng thái active.