Đồ án hệ thống điều khiển và giám sát các thiết bị trong nhà.doc

Dịch vụ viết thuê đề tài – KB Zalo/Tele 0917.193.864 – luanvantrust.com
Kham thảo miễn phí – Kết bạn Zalo/Tele mình 0917.193.864
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ
GVHD: Ths. Nguyễn Việt Hùng
SVTH : Phạm Văn Huy MSSV: 12141099
Tp. Hồ Chí Minh

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP Y SINH
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM
SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ
GVHD: Ths.Nguyễn Việt Hùng
SVTH : Phạm Văn Huy MSSV: 12141099
Tp. Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Tp. HCM, ngày 13 tháng 01 năm 2018
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:
Phạm Văn Huy Mssv: 12141099
Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành:141
Đại học chính quy Mã hệ: 1
2012 Lớp: 1214DT2B
I. TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ
TRONG NHÀ.
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
(ghi những thông số, tập tài liệu tín hiệu, hình ảnh,…) ...............................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2. Nội dung thực hiện:
Tìm hiều và lựa chọn nguồn, module kết nối Bluetooth, module Wifi và vi điều khiển.
Viết ứng dụng Android để SmartPhone nhận tín hiệu từ giọng nói con người, xử lý
và đưa tín hiệu đến vi điều khiển
Thiết kế và thi công các module khối điều khiển: Module Arduino Uno R3, Module
Wifi ESP 8266 Node MCU và Module Bluetooth HC-06.
Kết nối các module lại với nhau.
Chạy thử, kiểm tra và cân chỉnh mô
hình. Viết sách luận văn tốt nghiệp.
Báo cáo đồ án tốt nghiệp.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 25/09/2017
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 13/01/2018
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
ThS. Nguyễn Việt Hùng
BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH
Tp. HCM, ngày 13 tháng 01 năm 2018
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Phạm Văn Huy
Lớp: 121412DT2B MSSV: 12141099
Tên đề tài: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ
Tuần/ngày Nội dung
Xác nhận
GVHD
Tuần 1 Nhận giáo viên hướng đẫn và chọn đề tài
16/10-22/10/2017
Tuần 2 Nộp đề cương và phiếu lịch trình thực hiện
23/10-29/10/2017
Tuần 3 Tìm tài liệu liên quan và nghiên cứu
30/10-5/11/2017
Tuần 4 Tìm hiểu về Arduino và các Module liên quan
6/11-12/11/2017
Tuần 5 Tìm hiểu về cách truyền nhận dữ liệu giữa các
13/11-19/11/2017 Module và Arduino
Tuần 6 Tìm hiểu về App Inventor
20/11-26/11/2017
Tuần 7 Tìm hiểu về Firebase
27/11-3/12/2017
Tuần 8 Lên sơ đồ khối và viết chương trình cho
4/12-10/12/2017 Arduino, Module
Tuần 9 Lên sơ đồ khối và viết chương cho App
11/12-17/12/2017 Inventor
Tuần 10 Thi công mạch và chạy thử chương trình
18/12-24/12/2017
Tuần 11 Hoàn thiện App và kết nối điều khiển với
25/12-31/12/2017 mạch, kiểm tra lỗi và khắc phục sự cố
Tuần 12 Thi công và kết nối mạch với mô hình
1/1-7/1/2018
Tuần 13 Hoàn chỉnh mạch và viết luận văn
8/1-13/1/2018
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

LỜI CAM ĐOAN
LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ
tài liệu hay công trình đã có trước đó.
Các kết quả công bố trong Đồ án tốt nghiệp “HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ” là trung thực và không sao chép từ công trình nào khác
Những người thực hiện đề tài
Phạm Văn Huy
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iii

LỜI CẢM ƠN
LỜI CẢM ƠN
Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Việt Hùng - Giảng viên bộ môn Điện
Tử Công Nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ và hướng dẫn bọn em trong việc thực hiện đề tài.
Em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện - Điện Tử đã tạo những
điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài.
Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn bè, các bạn có cùng đam mê đã chia sẻ trao đổi
kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!
Những người thực hiện đề tài
Phạm Văn Huy
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iv

MỤC LỤC
MỤC LỤC
Nhiệm vụ đồ án.................................................................................................................................................i
Lịch trình........................................................................................................................................................... ii
Cam đoan ........................................................................................................................................................iii
Lời cảm ơn....................................................................................................................................................... iv
Mục lục................................................................................................................................................................v
Liệt kê hình.....................................................................................................................................................vii
Liệt kê bảng.......................................................................................................................................................x
Tóm tắt .............................................................................................................................................................. xi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ..........................................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề.........................................................................................................................................2
1.2. Mục tiêu.............................................................................................................................................2
1.3. Nội dung nghiên cứu....................................................................................................................2
1.4. Giới hạn .............................................................................................................................................3
1.5. Bố cục.................................................................................................................................................3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .........................................................................................5
2.1 Giới thiệu về Firebase..................................................................................................................6
2.1.1 Khái niệm về Firebase..........................................................................................................6
2.1.2 đặc điểm và tính năng...........................................................................................................7
2.2 Công nghệ bluetooth.....................................................................................................................8
2.2.1 Khái niệm về bluetooth........................................................................................................8
2.2.2 Các đặc điểm của bluetooth ............................................................................................ 10
2.2.3 Ưu nhược điểm của bluetooth........................................................................................ 10
2.3 Giới thiệu về hệ điều hành Android.................................................................................... 10
2.3.1 Android là gì.......................................................................................................................... 10
2.3.2 Lịch sử phát triển của Android...................................................................................... 11
2.3.3 Các phiên bản của Android............................................................................................. 11
2.3.4 Ưu nhược điểm của Android.......................................................................................... 13
2.3.5 Kiến trúc cơ bản của hệ điều hành Android............................................................. 14
2.4 Một số Module sử dụng trong mô hình............................................................................. 18
2.4.1 Vi điều khiển ......................................................................................................................... 18
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH v

MỤC LỤC
2.4.2 Module bluetooth................................................................................................................. 24
2.4.3 Module Wifi ESP8266 Node MCU............................................................................. 26
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ. ...................................................................28
3.1 Giới thiệu......................................................................................................................................... 29
3.2 Sơ đồ khối hệ thống.................................................................................................................... 30
3.3 Tính toán thiết kế ......................................................................................................................... 31
3.3.1 Thiết kế App trên điện thoại............................................................................................ 31
3.3.2 Thiết kế mô hình robot....................................................................................................... 33
3.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống......................................................................................................... 39
CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG.............................................................................41
4.1 Giới thiệu........................................................................................................................................... 42
4.2 Thi công hệ thống.......................................................................................................................... 42
4.2.1 Thi công App trên điện thoại............................................................................................. 42
4.2.2 Thi công mô hình mạch....................................................................................................... 73
4.2.3 Thi công mô hình thiết bị.................................................................................................... 77
4.2.2 Lắp ráp mạch vào mô hình................................................................................................. 78
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ................................................95
5.1 Kết quả................................................................................................................................................ 96
5.2 Nhận xét............................................................................................................................................. 97
5.3 Đánh giá............................................................................................................................................. 97
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.......................................98
6.1 Kết luận ............................................................................................................................................. 99
6.2 Hướng phát triển ............................................................................................................................ 99
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………….100
PHỤ LỤC.............................................................................................................................................101
HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG........................................................................................................111
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH vi

LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình Trang
Hình 2.1. Firebase.......................................................................................................................................6
Hình 2.2. Giao thức bảo mật SSL........................................................................................................7
Hình 2.3. Biểu tượng bluetooth. ...........................................................................................................9
Hình 2.4. Ứng dụng Bluetooth điều khiển các thiết bị ngoại vi.............................................9
Hình 2.5. Kiến trúc ngăn xếp của hệ thống Android...................................................................15
Hình 2.6. Hệ thống vi điều khiển cơ bản ..........................................................................................18
Hình 2.7. Sơ đồ và chức năng chân Arduino Uno R3.................................................................19
Hình 2.8. Giao tiếp 2 hệ thống dùng chuẩn UART......................................................................21
Hình 2.9. Nguyên lý hoạt động chuẩn UART................................................................................21
Hình 2.10. Các chân giao tiếp SPI trên Uno R3............................................................................22
Hình 2.11. Kết nối giữa 2 thiết bị dùng SPI ....................................................................................23
Hình 2.12. Kết nối giữa nhiều thiết bị dùng SPI ...........................................................................23
Hình 2.13. Module Bluetooth HC-06.................................................................................................24
Hình 2.14. Sơ đồ chân và chức năng của ESP8266 .....................................................................26
Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống...............................................................................................................30
Hình 3.2. Giao diện đăng nhập và chọn hình thức điều khiển.................................................31
Hình 3.3. Giao diện bluetooth và wifi................................................................................................32
Hình 3.4. Màn hình chờ của điện thoại khi đang nhận giọng nói..........................................32
Hình 3.5. Bố trí thiết bị.............................................................................................................................33
Hình 3.6. Động cơ DC ..............................................................................................................................34
Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ..............................................................................34
Hình 3.8. Sơ đồ nguyên lý khối bluetooth........................................................................................35
Hình 3.9. Module Bluetooth HC-06 thực tế....................................................................................35
Hình 3.10. Sự tiện dụng của Node MCU..........................................................................................36
Hình 3.11. Sơ đồ chân của Node MCU.............................................................................................36
Hình 3.12. Giao tiếp giữa Node MCU và Uno R3 .......................................................................37
Hình 3.13. Sơ đồ nối dây vi điều khiển trong Broad Arduino Uno R3...............................37
Hình 3.14. Sơ đồ nối dây mạch nạp trong Arduino Uno R3....................................................38
Hình 3.15. Sơ đồ nguyên lý mô hình..................................................................................................39
Hình 4.1. Công cụ App Inventor ..........................................................................................................42
Hình 4.2. Giao diện của trang web đăng ký tài khoản google.................................................43
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH vii

Hình 4.3. Giao diện trang web MIT App Inventor.......................................................................44
Hình 4.4. Giao diện công cụ App Inventor 2..................................................................................44
Hình 4.5. Mục Projects .............................................................................................................................45
Hình 4.6. Mục Connect.............................................................................................................................46
Hình 4.7. Mục Build ..................................................................................................................................46
Hình 4.8. Giao diện hộp thoại................................................................................................................47
Hình 4.9. Giao diện gồm các công cụ thiết kế app......................................................................47
Hình 4.10. Mục User Interface..............................................................................................................48
Hình 4.11. Mục Layout.............................................................................................................................48
Hình 1.12. Mục Media..............................................................................................................................49
Hình 4.13. Mục Sensors...........................................................................................................................49
Hình 4.14. Mục Social..............................................................................................................................50
Hình 4.15. Mục Storage............................................................................................................................50
Hình 4.16. Mục Connectivity.................................................................................................................51
Hình 4.17. Mục Viewer............................................................................................................................51
Hình 4.18. Mục Components.................................................................................................................52
Hình 4.19. Mục Properties ......................................................................................................................52
Hình 4.20. Màn hình đăng nhập và kết nối......................................................................................53
Hình 4.21. VerticalArrangement1........................................................................................................54
Hình 4.22. HorizontalArrangement1..................................................................................................54
Hình 4.23. Giao diện màn hình bluetooth của app.......................................................................55
Hình 4.26. TableArrangement4 ............................................................................................................56
Hình 4.27. HorizontalArrangement10................................................................................................56
Hình 4.29. HorizontalScrollArrangement1......................................................................................57
Hình 4.30. Màn hình điều khiển bằng wifi ......................................................................................58
Hình 4.31. Lable_text................................................................................................................................58
Hình 4.32. HorizontalArrangement30................................................................................................58
Hình 4.33. Các thành phần ẩn................................................................................................................59
Hình 4.34. Lưu đồ chương trình app điện thoại Android..........................................................61
Hình 4.35. Lưu đồ cập nhật dữ liệu.....................................................................................................61
Hình 4.36. SpeechRecognizer1.............................................................................................................64
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH viii

Hình 4.37. Sự kiện button để điều khiển đèn..................................................................................65
Hình 4.38. Sự kiện button để điều khiển quạt ................................................................................66
Hình 4.39. Sự kiện FirebaseDB1.DataChanged ............................................................................66
Hình 4.40. Sự kiện Initialize...................................................................................................................67
Hình 4.41. Sự kiện FirebaseDB1.GotValue ....................................................................................67
Hình 4.42. Sự kiện Timer ........................................................................................................................68
Hình 4.43. Sự kiện LickPicker1.Before/AfterPicking ................................................................68
Hình 4.44. Sự kiện của manhinhbluetooth.Initialize ...................................................................69
Hình 4.45. Hàm thủ tục(1).......................................................................................................................71
Hình 4.46. Hàm thủ tục(2).......................................................................................................................72
Hình 4.47. Các biến sử dụng..................................................................................................................73
Hình 4.48. Sơ đồ mạch nguyên lý........................................................................................................74
Hình 4.49. Mạch in layout.......................................................................................................................75
Hình 4.50. Sơ đồ chân và vị trí linh kiện..........................................................................................76
Hình 4.51. Mạch hoàn thiện ...................................................................................................................77
Hình 4.52. Lắp ráp thiết bị vào mạch.................................................................................................79
Hình 4.53. Lưu đồ chương trình vi điều khiển...............................................................................80
Hình 4.54. Lưu đồ truyền nhận dữ liệu và cập nhật của ESP..................................................81
Hình 4.55. Giao diện phần mềm Arduino IDE...............................................................................82
Hình 5.1. Kết quả đạt được(1)...............................................................................................................96
Hình 5.1. Kết quả đạt được(2)...............................................................................................................97
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ix

LIỆT KÊ BẢNG
LIỆT KÊ BẢNG
Bảng Trang
Bảng 3.1. Bảng liệt kê điện áp và dòng điện các linh kiện sử dụng trong mạch
……………………………………………………………………………………..38
Bảng 4.1. Danh sách và thông số các linh kiện …………...………………………73
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH x

TÓM TẮT
TÓM TẮT
Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ nói chung và các tập đoàn công nghệ nói riêng thì
đã giúp ích con người rất nhiều, hơn thế nữa đã giúp chất lượng cuộc sống con người ngày
càng được nâng cao. Có những công nghệ mà cách đây vài năm, người ta thậm chí không
dám nghĩ đến nhưng bây giờ đã được thử nghiệm và dần thành hiện thực.
Một số tập đoàn công nghệ đã trình diễn những công nghệ hiện đại như Sony đã trình
diễn Loa và Tivi tích hợp Google assistant. Cụ thể, 1 cái loa 360 độ đã được kết nối với
hệ thống điện và loa trong nhà, chúng ta có thể dễ dàng ra lệnh mở đèn, mở nhạc, mở tivi,
v.v.... Tuy công nghệ nghệ này không mới nhưng sắp tới sẽ là xu thế của một ngôi nhà
thông mình nào cũng phải có.
Với ý tưởng trên và để khắc phục điểm yếu của hệ thống là : chi phí cao, không hỗ trợ
Tiếng Việt. Vì vậy, chúng em làm ra đề tài là để xây dựng lại mô hình trên và đặc biệt là
để ngừơi Việt dễ dàng sử dụng. Bằng cách sử dụng và lập trình Arduino làm trung tâm
xử lý và các modul để tương tác với trung tâm điều khiển và thiết bị thông qua ứng
dụng trên điện thoại.
Nhóm thực hiện đề tài
Phạm Văn Huy
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH xi

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
Chương 1. TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1

1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong thời đại Công Nghiệp 4.0 các dây chuyền công nghệ mới lần lượt ra đời
nhằm đơn giản hóa quá trình sản xuất, máy móc hiện đại đã bắt đầu thay thế con người
chúng ta. Hàng loạt các sản phẩm tự động hóa tiên tiến được phát minh và bán rộng rãi
trên thị trường giúp nâng cao chất lượng sống và tăng hiệu suất công việc. Đối với
nước ngoài thì việc nghiên cứu và ứng dụng giọng nói để ứng dụng vào đời sống và
sản xuất chỉ mới mở ra trong vài năm gần đây. Ví dụ như Google có trợ lý ảo GG
assistant, Amazon có Alexa và Apple có siri. Thấy được khả năng phát triển và nhu
cầu tìm hiểu về điều khiển thiết bị bằng giọng nói của chính bản thân và những người
yêu thích mong muốn được sử dụng dịch vụ này, những người thực hiện đã bắt tay vào
thực hiện đồ án: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ
TRONG NHÀ. Đồ án HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT
BỊ TRONG NHÀ nhằm khai thác yếu tố giọng nói trong việc điều khiển thiết bị, vốn
thường được thực hiện bằng tay. Đồ án này giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về ứng
dụng nhận dạng, xử lí giọng nói sẵn có của Google, được sử dụng trong việc điều
khiển thiết bị của mình. Qua quá trình tìm hiểu, nhận thấy Arduino thích hợp trong
việc thực hiện đề tài này, nhóm đề tài đã khai thác sử dụng Arduino trong đồ án của
mình. Đề tài được ứng dụng để điều khiển nhà thông minh. Điện thoại di động hiện
nay đang được sử dụng rộng rãi, nên việc tận dụng thiết bị này trong việc điều khiển
thiết bị cũng góp phần vào việc khai thác thêm giá trị sử dụng của điện thoại di động
trong đời sống hàng ngày.
1.2 MỤC TIÊU
Mục tiêu của đề tài là thiết kế một mô hình thiết bị hoạt động bằng cách nhận lệnh từ
giọng nói của con người thông qua điện thoại Smartphone. Mô hình có thể ứng dụng
trong việc điều khiển, giám sát những ngôi nhà hiện đại nào cũng phải có.
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Tìm hiều và lựa chọn nguồn, module kết nối Bluetooth, module Wifi và vi điều
khiển.
Viết ứng dụng Android để SmartPhone nhận tín hiệu từ giọng nói con người, xử
lý và đưa tín hiệu đến vi điều khiển

Thiết kế và thi công các module khối điều khiển: Module Arduino Uno R3,
Module Wifi ESP 8266 Node MCU và Module Bluetooth HC-06.
Kết nối các module lại với nhau.
Chạy thử, kiểm tra và cân chỉnh mô
hình. Viết sách luận văn tốt nghiệp.
Báo cáo đồ án tốt nghiệp.
1.4 GIỚI HẠN
Không thể tích hợp AI hoặc Machine learning vào hệ
thống. Ứng dụng chỉ tương thích với hệ điều hành Android.
Việc nhận diện giọng nói đôi khi chưa chính xác do nói không chuẩn giọng.
1.5. BỐ CỤC
Chương 1: Tổng quan.
Chương này trình bày, đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung
nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Chương này trình bày khái quát về công nghệ Bluetooth, giới thiệu về Firebase,
các thông số và ý nghĩa của các linh kiện chính sử dụng cho thiết kế bộ điều
khiển (vi điều khiển Arduino, module Bluetooth HC-06, module Wifi ESP 8266
Node MCU ), 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 và Tính Toán
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.
Chương 4: Thi Công Hệ Thống
Chương này gồm có các nội dung sau: Thi công App trên điện thoại, thi công mô
hình, lưu đồ giải thuật phần mềm và quy trình thao tác.

Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá
Chương này sẽ trình bày các kết quả đạt được sau thời gian thực hiện đề tài gồm
có hình ảnh về sản phẩm (bộ điều khiển và ứng dụng trên điện thoại), đánh giá
sai số, tính ổn định của hệ thống, thời gian đáp ứng của hệ thống, tính dễ sử
dụng, …
Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Chương này sẽ đưa ra những kết luận sau khi hoàn thành sản phẩm, các hướng
phát triển của đề tài để có thể phát triển sản phẩm tốt hơn trong tương lai.

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 GIỚI THIỆU VỀ FIREBASE:
2.1.1 Khái niệm về Firebase:
Hình 2.1. Firebase
Firebase là một dịch vụ cơ sở dữ liệu thời gian thực, hoạt động trên nền tảng đám mây
được cung cấp bởi Google nhằm giúp các lập trình phát triển nhanh các ứng dụng bằng
cách đơn giản hóa các thao tác với cơ sở dữ liệu. Nếu cần xây dựng một ứng dụng cho
mobile hoặc các thiết bị di động khác, mà bạn đang gặp khó khăn vì không biết chọn dịch
vụ VPS nào, loại database gì . . . thì Firebase sẽ là dịch vụ dành cho bạn.
2.1.2 Đặc điểm và tính năng:
Realtime Database
Firebase lưu trữ dữ liệu database dưới dạng JSON và thực hiện đồng bộ database tới
tất cả các client theo thời gian thực. Cụ thể hơn là bạn có thể xây dựng được client đa
nền tảng (cross-platform client) và tất cả các client này sẽ cùng sử dụng chung một
database đến từ Firebase và có thể tự động cập nhật mỗi khi dữ liệu trong database
được thêm mới hoặc sửa đổi.
Tự động tính toán quy mô ứng dụng của bạn, giúp bạn dễ dàng hơn rất nhiều mỗi khi
cần nâng cấp hay mở rộng dịch vụ. Ngoài ra Firebase sử dụng NoSQL, giúp cho
database của bạn sẽ không bị bó buộc trong các bảng và các trường mà bạn có thể tùy
ý xây dựng database theo cấu trúc của riêng bạn.
Cho phép bạn phân quyền một cách đơn giản bằng cú pháp tương tự như javascript.
Khi ứng dụng của bạn muốn phát triển, bạn không cần lo lắng về việc nâng cấp máy
chủ…Firebase sẽ xử lý việc tự động cho bạn. Các máy chủ của Firebase quản lý hàng
triệu kết nối đồng thời và hàng tỉ lượt truy vấn mỗi tháng.

Các tính năng bảo mật
Firebase hoạt động dựa trên nền tảng cloud và thực hiện kết nối thông qua giao thức
bảo mật SSL, chính vì vậy bạn sẽ bớt lo lắng rất nhiều về việc bảo mật của dữ liệu
cũng như đường truyền giữa client và server. Không chỉ có vậy, việc cho phép phân
quyền người dùng database bằng cú pháp javascipt cũng nâng cao hơn nhiều độ bảo
mật cho ứng dụng của bạn, bởi chỉ những user mà bạn cho phép mới có thể có quyền
chỉnh sửa cơ sở dữ liệu.
Hình 2.2. Giao thức bảo mật SSL
Làm việc offline
Ứng dụng Firebase của bạn sẽ duy trì tương tác bất chấp một số các vấn đề về internet
xảy ra. Trước khi bất kỳ dữ liệu được ghi đến server thì tất cả dữ liệu lập tức sẽ được
viết vào một cơ sử dữ liệu Firebase ở local. Ngay khi có thể kết nối lại, client đó sẽ
nhận bất kỳ thay đổi mà nó thiếu và đồng bộ hoá nó với trạng thái hiện tại server.
Xác thực người dùng
Với Firebase, bạn có thể dễ dàng xác thực người dùng từ ứng dụng của bạn trên
Android, iOS và JavaScript SDKs chỉ với một vài đoạn mã. Firebase đã xây dựng chức
năng cho việc xác thực người dùng với Email, Facebook, Twitter, GitHub, Google, và
xác thực nặc danh. Các ứng dụng sử dụng chức năng xác thực của FireBase có thể giải
quyết được vấn đề khi người dùng đăng nhập, nó sẽ tiết kiện thời gian và rất nhiều các
vấn đề phức tạp về phần backend. Hơn nữa bạn có thể tích hợp xác thực người dùng
với các chức năng backend đã có sẵn dùng custom auth tokens.

Firebase Hosting
Các bạn có thể triển khai một ứng dụng nền web chỉ với vài giây với hệ thống Firebase
và các dữ liệu sẽ được lưu trữ đám mây đồng thời được bảo mật thông qua giao thức
truy cập SSL.
Các ứng dụng sẽ được cấp 1 tên miền dạng *.firebaseio.com hoặc bạn có thể trả tiền
để sử dụng tên miền của riêng mình.
Triểu khai siêu tốc
Với Firebase bạn có thể giảm bớt rất nhiều thời gian cho việc viết các dòng code để
quản lý và đồng bộ cơ sở dữ liệu, mọi việc sẽ diễn ra hoàn toàn tự động với các API
của Firebase. Không chỉ có vậy Firebase còn hỗ trợ đã nền tảng nên bạn sẽ càng đỡ
mất thời gian rất nhiều khi ứng dụng bạn muốn xây dựng là ứng dụng đa nền tảng.
Không chỉ nhanh chóng trong việc xây dựng database, Google Firebase còn giúp ta
đơn giản hóa quá trình đăng kí và đăng nhập vào ứng dụng bằng các sử dụng hệ thống
xác thực do chính Firebase cung cấp.
Sự ổn định
Firebase hoạt động dựa trên nền tảng Cloud đến từ Google vì vậy hầu như bạn không
bao giờ phải lo lắng về việc sập server, tấn công mạng như DDOS, tốc độ kết nối lúc
nhanh lúc chậm, … nữa.
Giá thành
Google Firebase có rất nhiều gói dịch vụ với các mức dung lượng lưu trữ cũng như
băng thông khác nhau với mức giá dao động từ Free đến $1500 đủ để đáp ứng được
nhu cầu của tất cả các đối tượng. Chính vì vậy bạn có thể lựa chọn gói dịch vụ phù hợp
nhất với nhu cầu của mình. Điều này giúp bạn tới ưu hóa được vốn đầu tư và vận hành
của mình tùy theo số lượng người sử dụng. Ngoài ra bạn còn không mất chi phí để bảo
trì, nâng cấp, khắc phục các sự cố . . .
2.2 CÔNG NGHỆ BLUETOOTH:
2.2.1 Khái niệm về bluetooth:
Bluetooth là công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giao tiếp với
nhau trong khoảng cách ngắn, bằng sóng vô tuyến qua băng tần chung ISM (Industrial,
Scientific, Medical) trong dãy tầng 2.40 – 2.48 GHz và có khả năng truyền tải giọng
nói và dữ liệu.

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.
Khi được kích hoạt Bluetooth có thể tự động định vị những thiết bị khác có chung
công nghệ trong vùng xung quanh và bắt đầu kết nối với chúng. Nó được định hướng
sử dụng cho việc truyền dữ liệu lẫn tiếng nói.
Hình 2.3. Biểu tượng bluetooth.
Công nghệ không dây Bluetooth là một tiêu chuẩn trong thực tế, dùng cho các thiết bị
cỡ nhỏ, chi phí thấp, sóng ngắn liên kết giữa PC di động, điện thoại di động và giữa
các máy tính với nhau.
Bluetooth ít tiêu hao năng lượng và có giá thành thấp nhưng tốc độ của nó chậm hơn
khá nhiều so với mạng không dây Wi-Fi. Các Smartphone và máy tính bảng đã trang
bị chức năng hỗ trợ Bluetooth vào hệ điều hành của chúng để kích hoạt khả năng hoạt
động vớiđồng bộ hoá dữ liệu với điện thoại di động (ĐTDĐ) và thiết bị hỗ trợ cá nhân
PDA, in ấn với các máy in hỗ trợ Bluetooth và kết nối đến các thiết bị khác.
Hình 2.4. Ứng dụng Bluetooth điều khiển các thiết bị ngoại vi.

2.2.2 Các đặc điểm của Bluetooth
Bluetooth tiêu thụ năng lượng thấp, cho phép ứng dụng được trong nhiều loại thiết
bị, bao gồm cả các thiết bị cầm tay và điện thoại di động.
Bluetooth sử dụng băng tần 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 tần số cao) mà các thiết bị không cần
phải lấy trực tiếp nhau. 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 điều hành sử dụng.
Bluetooth được dùng trong giao tiếp dữ liệu tiếng nói: có 3 kênh để truyền tiếng
nói là 7 kênh để truyền dữ liệu trong một mạng cá nhân.
Tính an toàn và bảo mật được tích hợp với sự xác nhận và mã hóa. Nó có tính
tương thích cao, được nhiều nhà sản xuất phần cứng cũng như phần mềm hỗ trợ.
2.2.3 Ưu nhược điểm của Bluetooth
Ưu điểm:
- Thay thế hoàn toàn dây nối.
- Bảo mật an toàn với công nghệ mã hóa trong. Một khi kết nối được thiết lập thì
khó có một thiết bị nào có thể nghe trộm hoặc lấy cắp dữ liệu.
- Các thiết bị có thể kết nối với nhau trong vòng 20m mà không cần trực diện
(hiện nay có loại Bluetooth kết nối lên đến 100m)
- Kết nối điện thoại và tai nghe Bluetooth khiến cho việc nghe máy khi lái xe
hoặc bận việc dễ dàng.
- Giá thành rẻ.
- Tốn ít năng lượng, chờ tốn 0.3mAh, tối đa 30mAh trong chế độ truyền dữ liệu.
- Không gây nhiễu các thiết bị không dây khác.
- Tốc độ thấp, khoảng 720kbps tối đa.
- Bắt sóng kém khi có vật cản.
- Thời gian thiết lập lâu.
2.3 GIỚI THIỆU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID:
2.3.1 Android là gì?
Android là hệ điều hành trên điện thoại di động (và hiện nay là cả trên một số đầu phát
HD, HD Player, TV) phát triển bởi Google và dựa trên nền tảng Linux. Trước đây,
Android được phát triển bởi công ty liên hợp Android (sau đó được Google mua lại
vào năm 2005).
Các nhà phát triển viết ứng dụng cho Android dựa trên ngôn ngữ Java. Sự ra mắt của
Android vào ngày 5 tháng 11 năm 2007 gắn với sự thành lập của liên minh thiết bị cầm

tay mã nguồn mở, bao gồm 78 công ty phần cứng, phần mềm và viễn thông nhằm mục
đính tạo nên một chuẩn mở cho điện thoại di động trong tương lai.
2.3.2 Lịch sử phát triển của Android
Tháng 10/2003, Android (inc) ra đời như một hãng phần mềm, với mục tiêu tạo ra
những thiết bị thông minh, đáp ứng nhu cầu của người dùng.
Tháng 8/2005, gã khổng lồ Google mua lại Android với toàn bộ nhân viên.
Tháng 11/2007, Open Handset Alliance – Liên minh thiết bị cầm tay mở rộng ra đời
với các thành viên Texas Instruments, Broadcom, Google, HTC, Intel, LG, Tập đoàn
Marvell Technology, Motorola, Nvidia, Qualcomm, Samsung Electronics, Sprint
Nextel và T-Mobile.
Tháng 10/2008, hệ điều hành Android đã chính thức trở thành phần mềm mã nguồn mở.
Tháng 11/2008, Liên minh OHA ra mắt gói phát triển phần mềm Android SDK cho
nhà lập trình. Theo đó, các công ty thứ ba được phép thêm những ứng dụng của riêng
của họ vào Android và bán chúng mà không cần phải hỏi ý kiến Google.
Tháng 12/2008, có thêm 14 thành viên mới gia nhập dự án Android được công bố,
gồm có ARM Holdings, Atheros Communications, Asustek Computer Inc, Garmin
Ltd, Softbank, Sony Ericsson, Toshiba Corp, và Vodafone Group Plc.
2.3.3 Các phiên bản của Android
Phiên bản đầu tiên của hệ điều hành Android ra đời vào tháng 9/2008 và tháng 2/2009
không có tên gọi chính thức. Sau này, những phiên bản tiếp theo ra đời với tên gọi là
những món tráng miệng với vần đầu của bảng Anphabet C-D-E-F-G-H-I…
Android Cupcake 1.5, tháng 4/2009: Phiên bản này có một số tính năng đáng chú ý
như: khả năng ghi lại và xem video thông qua chế độ máy ghi hình, tải video lên
YouTube và ảnh lên Picasa trực tiếp từ điện thoại, tích hợp bàn phím ảo với khả năng
đoán trước văn bản, tự động kết nối với một thiết bị Bluetooth trong một khoảng cách
nhất định, các widget và thư mục mới có thể cài đặt linh động trên màn hình chủ.
Android Donut 1.6, tháng 9/2009: Phiên bản này giúp nâng cao trải nghiệm trên kho
ứng dụng Android Market, tích hợp giao diện tùy biến cho phép người dùng xóa nhiều
ảnh cùng lúc, nâng cấp Voice Search, nâng cấp khả năng tìm kiếm bookmarks, history,
contacts và web trên màn hình chủ, bước đầu hỗ trợ màn hình độ phân giải WVGA.
Android Eclair 2.0 + 2.1, tháng 10/2009: Phiên bản này có sự cải thiện rõ rệt trong
giao diện người dùng, tối ưu hóa tốc độ phần cứng, hỗ trợ nhiều kích cỡ và độ phân
giải màn hình hơn, thay đổi giao diện duyệt web và hỗ trợ chuẩn HTML5, Exchange
ActiveSync 2.5, nâng cấp Google Maps 3.1.2, camera zoom kĩ thuật số tích hợp đèn
flash, nâng cấp bàn phím ảo và kết nối Bluetooth 2.1.

Android Froyo 2.2, tháng 5/2010: Phiên bản này chú trọng nâng cấp tốc độ xử lí,
giới thiệu engine Chrome V8 JavaScript, hỗ trợ Adobe Flash10.1, thêm tính năng tạo
điểm truy cập Wi-Fi. Một tính năng đáng chú ý khác hỗ trợ chuyển đổi nhanh chóng
giữa các ngôn ngữ và từ điển trên bàn phím đồng thời cho phép cài đặt và cập nhật ứng
dụng ở các thiết bị mở rộng bộ nhớ. Một trong những smartphone đầu tiên chạy phiên
bản Android 2.2 Froyo là LG Optimus One.
Android Gingerbread 2.3, tháng 12/2010: Phiên bản này đã nâng cấp đáng kể giao
diện người dùng, cải thiện bàn phím ảo, thêm tính năng copy/paste, hỗ trợ công nghệ
giao tiếp tầm sóng ngắn NFC, hỗ trợ chuẩn video WebM và nâng cao tính năng copy–
paste. Cùng với phiên bản Gingerbread, Google cũng ra mắt điện thoại đầu tiên của
hãng sử dụng nền tảng này là Google Nexus S.
Android Honeycomb 3.0, tháng 2/2011: Đây là phiên bản hệ điều hành dành riêng
cho máy tính bảng tablet với giao diện mới tối ưu hóa cho tablet, từ các thao tác đều
phụ thuộc màn hình cảm ứng (như lướt web, duyệt mail..). Honeycomb hỗ trợ bộ xử lí
đa nhân và xử lý đồ họa đồng thời hỗ trợ nhiều màn hình home khác nhau, cho phép
người dùng dễ dàng tùy biến giao diện nếu muốn.
Android 4.0 Ice Cream Sandwich, cuối năm 2011: Đây cũng là lần đầu tiên Google
hợp nhất hệ điều hành dành cho smartphone và cho máy tính bảng vào làm một.
Android 4.0 cũng nhắm đến việc duyệt web nhanh hơn, tối ưu hóa hiệu suất hoạt động
của thiết bị, kéo dài thời gian dùng pin…
Android Jelly Bean 4.1 +4.2, năm 2012: Quan trọng hơn hết của Jelly Bean không
phải là về giao diện hay ứng dụng mới mà về Project Butter giúp mang lại độ mượt
chưa từng có cho Android. Theo như giải thích của Google, độ mượt này có được là
nhờ vào dự án Butter.
Android 4.3 Jelly Bean 4.3, 24/4/2013: Đi kèm những tính năng mới như hỗ trợ kết
nối Bluetooth Smart, bộ API OpenGL ES 3.0, bổ sung tính năng sử dụng Wi-Fi để
định vị ngay cả khi người dùng tắt kết nối này đi cùng nhiều thay đổi lớn nhỏ khác.
Android 4.4 KitKat, 15/10/2013: Với các cải tiến mới chế độ toàn màn hình
Immersive Mode, hiệu ứng chuyển cảnh màn hình – Transition Manager, Storage
Access Framework, Chromium WebView, NFC, Cổng hồng ngoại – Infrared Blasters.
Android L (Lolli pop), 26/06/2014: Với những cai tiến về chất lượng pin, giao diện
thanh thoát nhẹ nhàng theo thiết kế Material Design, Android Runtime (ART) đã được
sử dụng mặc định. Về thời lượng pin, Android L cũng bổ sung nhiều chế độ linh hoạt
để người dung có thể kiểm soát thời gian sử dụng pin dễ dàng hơn.
Android 6.0 Marshmallow, 5/10/2015: Google đã giới thiệu đến người dùng phiên bản
Android kế tiếp với mã hiệu Marshmallow (kẹo dẻo) với những thay đổi đợt cập nhật

này tuy nhỏ nhưng thiên về xu hướng hoàn thiện tương tác người dùng, cho một trải
nghiệm tuyệt vời hơn. Ngoài ra Android 6. cũng mang lại cho người dùng một số tính
năng mới như: sử dụng thẻ SD cắm ngoài như bộ nhớ trong hay chính thức hỗ trợ nhận
diện vân tay và Google Pay.
Android 7.0 Nougat, 22/08/2016: Android 7.0 hỗ trợ một số tính năng mới đáng kể
như: Hỗ trợ Menu chuyển đổi nhanh giữa các cài đặt hệ thống, Trả lời nhanh tin nhắn
từ thanh thông báo, Chế độ chia đôi màn hình Trung tâm thông báo được làm mới.
Ngoài ra còn một số tính năng đáng chú ý như: hỗ trợ chế độ thực tế ảo với VR, tích
hợp chế độ tiết kiệm dữ liệu, chế độ tiết kiệm pin Doze được cải tiến...
Android 8.0 Oreo: Một số tính năng mới của Android 8.0 Oreo như: Khởi động máy
nhanh hơn. Giảm bớt hoạt động chạy ngầm của các app ít dùng, giúp máy tiết kiệm
pin và chạy nhanh hơn. Autofill: tự động đăng nhập cực nhanh vào các app mà bạn đã
đăng nhập trước đó. Picture-in-Picture: sử dụng hai app cùng lúc. Notification Dots:
có chấm tròn thông báo Noti trên icon của app và hiện được những nội dung mới ngay
phía trên icon mà không cần mở app. Android Instant Apps: chức năng dùng thử app
thông qua trình duyệt web mà không cần cài đặt.Google Play Protect: tích hợp sẵn. Tự
động quét các app trong Play Store và app trong máy để bảo vệ bạn khỏi các hành vi
xấu của virus, malware, hacker. Emoji: Thiết kế lại toàn bộ Emoji cho đẹp hơn, có
thêm 60 Emoji mới.Adaptive Icons: cho phép các hãng điện thoại chọn các loại hình
icon ví dụ như icon vuông, icon tròn, nền trong suốt...In-app Shortcut Pinning: Đánh
dấu ("pin") một trang bất kỳ trong app.
2.3.4 Ưu nhược điểm của Android
Ưu điểm của android:
Tính linh hoạt: Android kế thừa tính mở từ Linux, hay nói cụ thể hơn là google và
Android mang đến một thế giới hoàn toàn mở. Với Apple, người dùng dường như bị
cột chặt với những gì hãng này cho phép, từ tính năng chuẩn đến ứng dụng – chỉ
những ứng dụng được Apple công nhận mới có thể hoạt động trên iPhone một cách
hợp pháp. Trong khi đó, với Android, người dùng được tự do với những gì họ muốn,
các nhà phát triển được tự do hơn để tạo và thương mại các ứng dụng, và các nhà sản
xuất có thể tùy biến lại những trải nghiệm Android cho khách hàng của riêng mình.
Gia tăng về số lượng thiết bị: Một thực tế là, chỉ có iPhone và các sản phẩm mang
nhãn Apple mới sử dụng iOS. Đó có thể là sản phẩm tốt nhất thế giới, nhưng nếu chỉ
có duy nhất một thiết bị như thế thì khách hàng sẽ cảm thấy họ có quá ít sự lựa chọn.
Với Android, sự lựa chọn có phần thoải mái hơn.
Nhiều công cụ dành cho người dùng hơn: Với App inventer, Google đã thậm chí đặt
tay vào người dùng nhiều sức mạnh hơn. Với rất nhiều bộ công cụ phát triển dạng tự
tay thực hiện được google và các đối tác cung cấp, chưa bao giờ việc tạo ứng dụng lại
dễ dàng đến thế với người dùng và cả lập trình viên.

Hiệu ứng từ thương hiệu Google: Rõ ràng là Android không hề đơn độc bởi hiện có
vài HĐH trên nền Linux khác cũng đang làm mưa làm gió trên vùng đất di động, diển
hình là Bada của Samsung hay MeeGo của liên doanh Nokia – Intel. Điểm khác biệt
nằm ở chỗ Android được google “chống lưng” và tiền tố Google đi cùng Android là 1
thương hiệu đáng giá.
Nhược điểm của Android:
Thời lượng sử dụng pin thấp: Hầu hết các thiết bị Android đều có thời lượng pin
thấp và đây là một trong những vấn đề quan trọng mà Google và các nhà sản xuất thiết
bị Android đang chú trọng giải quyết.
Anhdroid đa năng nhưng khó kích hoạt: Khi trải nghiệm Android lần đầu, bạn sẽ
thấy nhiều thứ đang hoạt động. Có hàng loạt widget, ứng dụng và lựa chọn mà bạn
chưa hề biết đến.
Nội dung giải trí: google đang không ngừng cải tiến nội dung của Play Store, cung cấp
chương trình giải trí truyền hình và thêm nhiều phim cho thuê trên thiết bị Android….
Nhưng so sánh với iTunes, sự lựa chọn vẫn còn thua xa những gì bạn nhận được trên
iOS. Khi nhắc đến lĩnh vực âm nhạc, Google play còn thiếu vắng nội dung của
Warner, một trong bốn hãng ghi âm lớn nhất hành tinh.
Phụ kiện cho thiết bị Android chưa thật sự tốt: Dễ nhận thấy, giới sản xuất phụ
kiện dường như kém quan tâm đến Android. Trên thị trường có rất nhiều phụ kiện
dành cho iphone mà không dành cho Android.
Dễ nhiễm phần mềm độc hại và virus: Android hoạt động như hệ điều hành mở và
xuất hiện những kho ứng dụng không chính thức. Bởi vậy, thiết bị Android dễ nhiễm
malware hoặc ứng dụng giả mạo.
2.3.5 Kiến trúc cơ bản của hệ điều hành Android
Android gồm 5 tầng chính sau được chứa trong 4 lớp:

Hình 2.5. Kiến trúc ngăn xếp của hệ thống Android.
Tầng hạt nhân Linux (Linux Kernel):
Hệ điều hành Android được phát triển dựa trên hạt nhân Linux, cụ thể là hạt nhân
Linux phiên bản 2.6, điều đó được thể hiện ở lớp dưới cùng này. Tất cả mọi hoạt động
của điện thoại muốn thi hành thì đều được thực hiện ở mức cấp thấp ở lớp này bao
gồm quản lý bộ nhớ (memory management), giao tiếp với phần cứng (driver model),
thực hiện bảo mật (security), quản lý tiến trình (process).
Tuy được phát triển dựa vào nhân Linux nhưng thực ra nhân Linux đã được nâng cấp
và sửa đổi rất nhiều để phù hợp với tính chất của những thiết bị cầm tay như hạn chế
về bộ vi xử lý, dung lượng của bộ nhớ, kích thước màn hình, nhu cầu kết nối mạng
không dây,…
Tầng này có các thành phần chủ yếu:
Display Driver: Điều khiển việc hiển thị lên màn hình cũng như thu nhận những
điều khiển của người sử dụng lên màn hình (di chuyển, cảm ứng, ...).
Camera Driver: Điều khiển hoạt động của camera, nhận dữ liệu từ camera trả về.
Bluetooth Driver: Điều khiển thiết bị phát và thu Bluetooth.
USB driver: Quản lý hoạt động của các cổng giao tiếp USB.
Keypad driver: Điều khiển hoạt động của bàn phím cứng trên máy.
Wifi Driver: Quan lý thu phát sóng wifi.
Audio Driver: Điều khiển các bộ thu phát âm thanh, giải mã các tín hiệu dạng
audio thành tín hiệu số và ngược lại.
Binder IPC Driver: Chịu trách nhiệm về việc kết nối và liên lạc với mạng vô
tuyến như GSM, 3G, 4G để đảm bảo những chức năng truyền thông được thực hiện.

M-System Driver: Quản lý việc đọc ghi… lên các thiết bị nhớ như thẻ SD, flash.
Power management: Quản lý, giám sát việc tiêu thụ điện năng.
Tầng thư viện (Libraries):
Bao gồm các thư viện C/C++ được sử dụng bởi các thành phần khác nhau trong hệ thống
Android. Một số các thư viện cơ bản:
System C library: Sử dụng hệ thống C chuẩn, được điều hưởng cho những thiết
bị nền tảng Linux nhúng.
Media framework: Dựa trên nền tảng PacketVideo’s OpenCore, các thư viện hỗ
trợ phát và ghi cho các định dạng âm thanh, hình ảnh thông dụng bao gồm MPEG4,
H.264, MP3, ACC, MR, JPG, và PNG.
Surface manager: Quản lý việc truy xuất vào hệ thống hiển thị.
Webkit: Cung cấp kỹ thuật duyệt wed hiện đại thông qua việc kết hợp sức mạnh
giữa trình duyệt wed của Android với một trang wed nhúng.
SGL: Cung cấp các công cụ đồ họa 2D.
OpenGL/ES: Thi hành các hàm API dựa trên thư viện đồ họa OpenGL/ES 1.0,
cung cấp công cụ đồ họa 3D đối với phần cứng được hỗ trợ và phần mềm.
Free Type: Bộ tạo phông chữ dạng bitmap và vector.
SQLite: Hệ quản lý cơ sở dữ liệu cho các ứng dụng với đặc điểm chạy nhẹ
nhàng và việc quản lý mạnh.
Android runtime:
Phần này chứa các thư viện mà một chương trình viết bằng ngôn ngữ Java có thể hoạt
động. Phần này có hai bộ phận tương tự như mô hình chạy Jave trên máy tính thường.
Thứ nhất là các thư viện lõi (Core library), chứa các lớp như JAVA IO, Collections,
File Access. Thứ hai là một máy ảo java (Dalvik Virtual Machine).
Mặc dù cũng được viết từ ngôn ngữ Java nhưng một ứng dụng Java của hệ điều hành
Android không được chạy bằng JRE của Sun (nay là Oracle) mà chạy bằng máy ảo
dalvik do Google phát triển. Các VM Dalvik thực thi các tập tin thực thi Dalvik (dex).
Định dạng được tối ưu hóa cho bộ nhớ tối thiểu. VM là dựa trên nền tảng thanh ghi, và
chạy các lớp đã được biên dịch bởi một trình biên dịch java để chuyển đổi thành các
định dạng dex. Các VM Dalvik dựa vào nhân Linux cho các chức năng cơ bản như
luồng và quản lý bộ nhớ thấp.
Android framework:
Bằng việc phát triển trên nền tảng mã nguồn mở (Open source code), Android cung cấp
cho các nhà phát triển phần mềm khả năng xây dựng các ứng dụng cực kỳ phong phú, sinh
động và sáng tạo. Họ được tận dụng tự do các tài nguyên về thiết bị phần cứng, thông tin
địa điểm truy cập, các dịch vụ chạy, các thiết lập báo cáo, thông báo trạng

thái,… Nhà phát triển có thể truy cập vào các hàm API cùng một khuôn khổ được sử
dụng bởi các ứng dụng lõi. Các kiến trúc thiết kế đơn giản hóa việc sử dụng lại các
thành phần.
Tầng Applycations Framework bao gồm nhiều dịch vụ cho việc quản lý:
Activity manager: Quản lý vòng đời (lifecycle) của các ứng dụng điều hướng
cho activity.
Window Manager: Cung cấp khả năng quản lý giao diện người dùng.
View System: Tập hợp rất nhiều các view có khả năng kế thừa lẫn nhau để thiết
kế phần giao diện ứng dụng như: TextView, EditText, GirdView, …
Content providers: Cho phép các ứng dụng truy xuất dữ liệu từ các ứng khác
(tính kế thừa).
Resource Manager: Cung cấp truy xuất tới các tài nguyên không phải mã nguồn
(source code), chẳng hạn như graphics, layout, …
Location manager, Noitifycation Manager: Cho phép tất cả ứng dụng có thể
hiển thị các loại thông báo khác nhau (custom arlets) trong status bar.
Telephony Manager: Dịch vụ thoại (phone’s services), cho phép các ứng dụng
thông qua dịch vụ này truy xuất các thao tác liên quan đến điện thoại.
Package Manager: Quản lý các gói ứng dụng, các chương trình đã cài đặt, các
thư viện.
Tầng ứng dụng (Application):
Tích hợp sẵn một số ứng dụng cần thiết cơ bản như: contacts, phone, browser,
camera…Tất cả ứng dụng chạy trên Android đều được viết trên nền tảng Java.
Các ứng dụng được cài đặt như phần mềm, trò chơi, từ điển….
Các chương trình có đặc điểm là:
Viết bằng Java, có phần mở rộng là apk.
Khi mỗi ứng dụng được chạy, nó có một phiên bản Virtual Machine được dựng
lên để phục vụ cho hệ thống. Nó có thể là một Active program: chương trình có giao
diện với người sử dụng hoặc là một background: chương trình chạy nền hay là dịch vụ.
Android là hệ điều hành đa nhiệm, điều đó có nghĩa là trong cùng một thời
điểm, có thể có nhiều chương trình cùng chạy một lúc, tuy nhiên, với mỗi ứng dụng thì
có duy nhất một thực thể (instance) được phép chạy mà thôi.
Các ứng dụng được gán số ID của người sử dụng nhằm phân định quyền hạn
khi sử dụng tài nguyên, cấu hình phần cứng và hệ thống.
Android là một hệ điều hành có tính mở, khác với nhiều hệ điều hành di động
khác, android cho phép một ứng dụng bên thứ ba được phép chạy nền.
Ứng dụng không có điểm vào cố định, không có phương thức main để bắt đầu.

Công cụ xấp xỉ đường cong (Curve fitting toolbox):
Giới thiệu:
Curve Fitting Toolbox của MATLAB cung cấp một ứng dụng và những hàm để xấp xỉ
những đường cong và bề mặt dữ liệu. Bộ công cụ cho phép chúng ta thực hiện phân
tích dữ liệu tham dò, tiền xử lý – hậu xử lý dữ liệu, so sánh những mô hình ứng cử
viên và loại bỏ giá trị ngoại lai. Bạn có thể dẫn đến những phân tích dùng thư viện của
những mô hình tuyến tính và không tuyến tính đê cung cấp hoặc định rõ những
phương trình tùy chỉnh của chính bạn. Thư viện cung cấp lời giải tối ưu những thông
số và điều kiện ban đầu để cải thiện chất lượng của những bộ xấp xỉ của bạn. Bộ công
cụ cũng hỗ trợ kỹ thuật mô hình phi tham số như splines, nội suy (interpolation) và
làm mượt (smoothing).
2.4 MỘT SỐ MODULE SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH:
2.4.1 Vi điều khiển:
a. Giới thiệu về vi điều khiển:
Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chíp, nó thường được sử dụng để
điều khiển các thiết bị điện tử. Vi điều khiển, thực chất, là một hệ thống bao gồm một vi
xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp (khác với các bộ vi xử lý đa năng dùng
trong máy tính) kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ, các mô đun vào/ra, các mô
đun biến đổi số sang tương tự và tương tự sang số,... Ở máy tính thì các mô đun thường
được xây dựng bởi các chíp và mạch ngoài.
Hình 2.6. Hệ thống vi điều khiển cơ bản.
Có rất nhiều hãng sản xuất vi điều khiển, nổi tiếng là TI, Microchip, Atmel, ... Mỗi
loại đều có ưu và nhược điểm khác nhau, vì giới hạn của đề tài này dùng chức năng vi
điều khiển không quá phức tạp nên hầu hết các vi điều khiển đều có thể dùng được, ở
đây ta cân nhắc về vấn đề thông dụng, nhỏ gọn và khả năng phát triển trong tương lai
của vi điều khiển nên ta chọn dòng vi điều khiển AVR của hãng Atmel.

b. Board vi điều khiển Arduino Uno R3:
Arduino Uno được xây dựng với phân nhân là vi điều khiển ATmega328P sử dụng
thạch anh có chu kì dao động là 16 MHz. Với vi điều khiển này, ta có tổng cộng 14 pin
(ngõ) ra / vào được đánh số từ 0 tới 13 (trong đó có 6 pin PWM, được đánh dấu ~
trước mã số của pin). Song song đó, ta có thêm 6 pin nhận tín hiệu analog được đánh
kí hiệu từ A0 - A5, 6 pin này cũng có thể sử dụng được như các pin ra / vào bình
thường (như pin 0 - 13). Ở các pin được đề cập, pin 13 là pin đặc biệt vì nối trực tiếp
với LED trạng thái trên board.
Hình 2.7. Sơ đồ và chức năng chân Arduino Uno R3.
 Một vài thông số của Arduino Uno:
Arduino Uno R3 sử dụng vi điều khiển Atmega328P.
Điện áp hoạt động: 5V - DC.
Tần số hoạt động: 16 MHz.
Dòng điện áp: 30 mA.
Điện áp giới hạn: 7-12V - DC.
Số chân Analog: 6.

Số chân Digital: 14 (6 chân PWM).
Giao tiếp UART: 1 bộ UART.
Giao tiếp SPI : 1 bộ SPI.
Giao tiếp I2C : 2 bộ I2C.
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O: 20 mA.

Các chân năng lượng:

GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino Uno.
5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.
Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino.

Bộ nhớ của Arduino Uno R3:

32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ
nhớ Flash của vi điều khiển. Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này
sẽ được dùng cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá
20KB bộ nhớ này đâu.
2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến khai báo khi
lập trình sẽ lưu ở đây. Khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ
RAM.
Chú ý: khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only
Memory): tương tự như một chiếc ổ cứng mini – nơi có thể đọc và ghi dữ liệu
vào đây mà không phải lo bị mất khi mất điện giống như dữ liệu trên SRAM.
c. Giao tiếp UART trong Arduino Uno R3:
Khái niệm giao tiếp UART:
UART là chuẩn truyền thông nối tiếp bất đồng bộ (Universal Asynchronous Receiver
– Transmitter) dùng để truyền nhận dữ liệu giữa 2 hệ thống và không có phân biết chủ-
tớ, giữa các hệ thống là ngang cấp nhau.
Chuẩn UART gồm một đường phát dữ liệu và một đường nhận dữ liệu. Để truyền
dữ liệu giữa 2 hệ thống với nhau thì cả hai hệ thống phải tự tạo xung clock (CK) có
cùng tần số. (Tốc độ baud)

Hình 2.8. Giao tiếp 2 hệ thống dùng chuẩn UART.
Nguyên lý hoạt động:
Khi ở trạng thái chờ, mức điện áp của thiết bị truyền ở mức 1 (high). Khi bắt đầu truyền
dữ liệu, START bit sẽ chuyển từ 1 xuống 0 để báo hiệu cho thiết bị nhận là quá trình
truyền dữ liệu sắp xảy ra. Sau START bit là đến các bit dữ liệu D0-D7. Sau khi truyền hết
dữ liệu thì đến Bit Parity để bộ nhận kiểm tra tính đúng đắn của dữ liệu truyền. Cuối cùng
là STOP bit là 1 báo cho thiết bị nhận rằng các bit đã được gửi xong. Thiết bị nhận sẽ tiến
hành kiểm tra khung truyền (Frame) nhằm đảm báo tính đúng đắn của dữ liệu.
Hình 2.9. Nguyên lý hoạt động chuẩn UART.
Giao tiếp UART trong Arduino Uno R3:
Trên Arduino Uno có hổ trợ một chuẩn giao tiếp UART đó là 1 chân D0 (RX) dùng để
nhận dữ liệu chuẩn TTL và 1 chân D1(TX) dùng để truyền dữ liệu chuẩn TTL.
d. Giao tiếp SPI trong Arduino Uno R3:
Khái niệm giao tiếp SPI:
SPI (Serial Peripheral Bus) là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do hãng
Motorola đề xuất. Đây là kiểu truyền thông Master-Slave, trong đó có 1 chip Master điều
phối quá trình tuyền thông và các chip Slaves được điều khiển bởi Master vì thế truyền
thông chỉ xảy ra giữa Master và Slave. SPI là một cách truyền song công (full duplex)
nghĩa là tại cùng một thời điểm quá trình truyền và nhận có thể xảy ra đồng thời. SPI đôi
khi được gọi là chuẩn truyền thông “4 dây” vì có 4 đường giao tiếp trong chuẩn

này đó là SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master
Ouput Slave Input) và SS (Slave Select).
Hình 2.10. Các chân giao tiếp SPI trên Uno R3
SCK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI, vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ nên cần
1 đường giữ nhịp, mỗi nhịp trên chân SCK báo 1 bit dữ liệu đến hoặc đi. Đây là
điểm khác biệt với truyền thông không đồng bộ mà chúng ta đã biết trong chuẩn
UART. Sự tồn tại của chân SCK giúp quá trình tuyền ít bị lỗi và vì thế tốc độ
truyền của SPI có thể đạt rất cao. Xung nhịp chỉ được tạo ra bởi chip Master.
MISO– Master Input / Slave Output: nếu là chip Master thì đây là đường Input
còn nếu là chip Slave thì MISO lại là Output. MISO của Master và các Slaves
được nối trực tiếp với nhau.. MOSI – Master Output / Slave Input: nếu là chip
Master thì đây là đường Output còn nếu là chip Slave thì MOSI là Input. MOSI
của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau.
SS – Slave Select: SS là đường chọn Slave cần giap tiếp, trên các chip Slave
đường SS sẽ ở mức cao khi không làm việc. Nếu chip Master kéo đường SS của
một Slave nào đó xuống mức thấp thì việc giao tiếp sẽ xảy ra giữa Master và
Slave đó. Chỉ có 1 đường SS trên mỗi Slave nhưng có thể có nhiều đường điều
khiển SS trên Master, tùy thuộc vào thiết kế của người dùng.

Ta có thể kiểm soát 1 hoặc nhiều thiết bị sử dụng SPI. Ví dụ dưới đây là 1 thiết bị
Hình 2.11. Kết nối giữa 2 thiết bị dùng SPI.
Dữ liệu được truyền qua lại dữa 2 đường MISO và MOSI. Điều này chỉ thực hiện được
khi Dòng SS được thiết lập ở mức thấp LOW. Nói cách khác, để giao tiếp với một
thiết bị SPI chúng ta cần thiết lập các dòng SS với thiết bị ở mức thấp LOW, sau đó
giao tiếp với nó, sau đó thiết lập các dòng SS trở lại mức cao HIGH. Nếu chúng ta có
hai hoặc nhiều thiết bị SPI trên cùng 1 bus, chúng sẽ được kết nối như sau:
Hình 2.12. Kết nối giữa nhiều thiết bị dùng SPI.
Chú ý, ở đây có hai dòng SS - với mỗi 1 thiết bị chỉ sử dụng 1 dòng SS. Bạn có thể sử
dụng bất kỳ chân digital nào trên Arduino của bạn cho dòng SS. Chỉ cần nhớ là để tất
cả các dòng SS ở mức cao HIGH , "ngoại trừ" dòng SS mà bạn muốn kết nối với các
thiết bị SPI vào thời điểm đó.

2.4.2 Module bluetooth:
Trên thị trường hiện nay có khá nhiều module Bluetooth hỗ trợ vi điều khiểu giao tiếp
với thiết bị khác thông qua kết nối Bluetooth, một số module Bluetooth thường được
sử dụng trong thực tế như: module Bluetooth HC-05, module Bluetooth HC-06,
Bluetooth Smart Module,… Tuy nhiên, module Bluetooth HC-06 là lựa chọn tối ưu
cho đồ án này vì:
- Giá thành rẻ hơn so với các Module khác.
- Tốc độ hoạt động phù hợp với truyền dữ liệu điều khiển thiết bị.
- Dễ dàng mua ở thị trường Việt Nam.
- Được nhiều người sử dụng và đánh giá là rất ổn định.
Giới thiệu module Bluetooth HC06
Module HC-06 được thiết kế dựa trên chip BC417. Con chip này khá phức tạp và sử
dụng bộ nhớ flash ngoài 8Mbit. Nhưng việc sử dụng module này hoàn toàn đơn
giản bởi nhà sản xuất đã tích hợp mọi thứ trên module HC-06.
Sơ đồ chân HC-06 gồm có:
KEY: Chân này để chọn chế độ hoạt động AT Mode hoặc Data Mode.
VCC: Chân này có thể cấp nguồn từ 3.6V đến 6V bên trong module đã có một ic
nguồn chuyển về điện áp 3.3V và cấp cho IC BC417.
GND: Nối với chân nguồn GND.
TXD, RXD: Đây là hai chân UART để giao tiếp module hoạt động ở mức logic 3.3V.
STATE: Chân này chỉ cần thả nổi và không cần quan tâm đến chân này.
Sơ đồ chân của module HC06:
Hình 2.13. Module Bluetooth HC 06.
Đặc điểm của module Bluetooth HC06

Điện áp hoạt động 3,3V đến 6,6V.
Khi bắt đầu kết nối cần dòng là 30 mA, sau khi kết nối xong dòng hoạt động
truyền nhận bình thường là 8 mA.
Tốc độ Baud UART có thể chọn được: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400,
57600, 115200.
Kích thước của module chính: 27mm X 13mm X 2mm
Phiên bản Bluetooth V2.0 + EDR.
Chipset CSR BC417143.
Bluetooth class 2: Tầm phủ sóng 10m.
Dải tần sóng hoạt động: 2.4GHz.
Thiết lập mặc định: Baud rate: 9600, N, 8, 1. Pairing code: 1234.
Module này có 2 chế độ làm việc (có thể tùy chỉnh 2 chế độ đó thông qua chân
key 34 của nó):
- Tự động kết nối.
- Đáp ứng theo lệnh: khi làm việc ở chế độ này, các bạn có thể gửi các lệnh AT để
giao tiếp với module.
Các chế độ hoạt động
HC-06 có hai chế độ hoạt động là Command Mode và Data Mode. Ở chế độ Commad
Mode ta có thể giao tiếp với module thông qua cổng serial trên module bằng tập lệnh
AT quen thuộc. Ở chế độ Data Mode module có thể truyền nhận dữ liệu tới module
bluetooth khác. Chân KEY dùng để chuyển đổi qua lại giữa hai chế độ này. Có hai
cách để cho chúng ta có thể chuyển đổi module hoạt động trong chế độ Data Mode :
- Nếu đưa chân này lên mức logic cao trước khi cấp nguồn module sẽ đưa vào
chế độ Command Mode với baudrate mặc định 9600. Chế độ này khá hữu ích khi
không biết baudrate trong module được thiết lập ở tốc độ bao nhiêu. Khi chuyển sang
chế độ này đèn led trên module sẽ nháy chậm (khoảng 2s) và ngược lại khi chân KEY
nối với mức logic thấp trước khi cấp nguồn module sẽ hoạt động chế độ Data Mode.
- Nếu module đang hoạt động ở chế Data Mode để có thể đưa module vào hoạt động
ở chế độ Command Mode bằng cách đưa chân KEY lên mức cao. Lúc này module sẽ vào
chế độ Command Mode nhưng với tốc độ Baud Rate được thiết lập lần cuối cùng. Vì thế
phải biết baudrate hiện tại của thiết bị để có thể tương tác được với nó.
Ở chế độ Data Mode, HC-06 chỉ có thể cấu hình ở chế độ SLAVE : Cần thiết lập kết
nối từ smartphone, laptop, usb bluetooth để dò tìm module sau đó pair với mã PIN là
1234. Sau khi pair thành công, ta sẽ có 1 cổng serial từ xa hoạt động ở baud rate 9600.

2.4.3 Module Wifi ESP8266:
Hiện tại thì đã có tới 14 phiên bản của ESP8266, quá nhiều sự lựa chọn cho chúng ta.
Nhưng vì ở Việt Nam chỉ có 2 phiên bản ESP8266 phổ biến hiện nay đó là ESP-01 và
ESP-12.Tuy nhiên, tôi chọn Module sử dụng là ESP-12 vì:
- Phiên bản mới nhất.
- Có nhiều chân I/O.
- Hỗ trợ chuẩn truyền nhận dữ liệu cả SPI và UART.
Giới thiệu module ESP-12:
Mạch thu phát Wifi Soc ESP8266 ESP-12 có nhân xử lý bên trong là IC Wifi SoC
ESP8266, thường được sử dụng trong các ứng dụng kết nối wifi, IoT hiện nay.
Sơ đồ chân và chức năng:
Hình 2.14. Sơ đồ chân và chức năng ESP-12
Đặc điểm của Module ESP-12:
1 x Reset button,
1 x User button khi khởi động module, nhấn phím này sẽ đưa chip về
bootloading mode để upload firmware.
1xRed LED có thể lập trình được ( nhấp nháy khi có tín hiệu chẳng hạn…),
Tích hợp chuyển đổi điện áp tín hiệu từ 5V sang 3.3V cho UART và chân
Reset, lý do là esp8266 chỉ chạy ở điện áp 3.3V,
Tích hợp IC ổn áp 3.3V, 500mA.
2 điot bảo vệ chống cấp ngược nguồn.
1 x Analog input (1.8V max).

9 x GPIO (3.3V logic), có thể sử dụng các giao tiếp I2C hặc SPI.
2 x UART pins.
2 x 3-6V power inputs, reset, enable, LDO-disable, 3.3V output.
Tính năng:
Sử dụng nguồn 3.3v
Tích hợp anten PCB trace trên module
Tiêu chuẩn wifi : 802.11b/g/n, với tần số 2.4GHz và hổ trợ bảo mật
WPA/WPA2 Khoảng cách giữa các chân 2mm
Các chế độ hoạt động:
ESP8266 có ba chế độ hoạt động là Station, Access Point và cả hai chế độ này. Ở chế
độ Station, thiết bị kết nối vào mạng WIFI được gọi là station (trạm). Việc kết nối vào
mạng Wifi được hỗ trợ bởi một access point (AP), một AP có chức năng như một hub
nhưng dùng cho nhiều station. Chế độ Access Point thì được hiểu là một điển truy cập
cho các Station.

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1 GIỚI THIỆU
Mục tiêu của đồ án: Thiết kế mô hình điều khiển được bằng giọng nói và bằng cách
thao tác trên smart phone. Giọng nói hoặc thao tác sẽ được xử lý bằng App trên điện
thoại Android, xuất tín hiệu, gửi đến trung tâm xử lý thông qua Bluetooth hoặc
Wifi/3G/4G và điều khiển theo ý muốn. Riêng App sẽ có những chức năng riêng theo
yêu cầu của người dùng.

Ứng dụng trên điện thoại:


- Yêu cầu đăng nhập tài khoản để sử dụng ứng dụng.
- Điều khiển các thiết bị bằng giọng nói hoặc thao tác.
- Tùy chọn kết nối Bluetooth hoặc Wifi/3G/4G.
- Thông báo nhiệt độ và độ ẩm, cảnh báo khi cần thiết.
- Nhiều thiết bị điều khiển cùng lúc và đồng bộ trạng thái theo thời
gian thực.

Bộ xử lý trung tâm:


- Thiết kế nhỏ gọn, thẩm mỹ
- Giao tiếp với ứng dụng trên SmartPhone bằng Bluetooth (truyền
nhận dữ liệu) và Wifi/3G/4G.
- Sử dụng nguồn 12V DC cho tất cả các thiết bị.

3.2 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG
TRUNG TÂM ĐIỀU
KHIỂN Bluetooth Wifi
App điện thoại
Wifi/3G/4G
Firebase
Android
ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH CƠ SỞ DỮ LIỆU
Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống.
Chức năng các khối:
Khối nguồn: Cung cấp nguồn nuôi DC cho mạch , ở đây những người
thực hiện dùng nguồn 12V
Khối vi điều khiển: Đọc giá trị từ App điện thoại gửi đến thông qua
Bluetooth hoặc Wifi, xử lý đồng thời điều khiển các thiết bị.
Khối module ESP8266: Nhận dữ liệu từ Firebase và gởi đến vi điều khiển.

Khối Firebase: Nơi lưu trữ giữ liệu và là kết nối trung gian giữa vi điều
khiển và ứng dụng Android.
Khối module Bluetooth:Tạo kết nối trung gian giữa vi điều khiển và ứng
dụng Android.
App Android (Điện thoại): Nhận lệnh từ giọng nói hoặc thao tác của con
người, xử lý và gửi tín hiệu đến vi điều khiển thông qua Bluetooth hoặc
thông qua Wifi/3G/4G.
3.3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
3.3.1 Thiết kế App trên điện thoại:

Yêu cầu:

Đăng nhập để được sử dụng.
Kết nối Bluetooth hoặc wifi.
Yêu cầu bật và kết nối Bluetooth.
Hiển thị, cảnh báo nhiệt độ và độ ẩm.

Giao diện đăng nhập và chọn hình thức điều khiển:

Hình 3.2. Giao diện đăng nhập và chọn hình thức điều khiển.


Giao diện Bluetooth và giao diện Wifi

Hình 3.3. Giao diện Bluetooth và Wifi.
Khi nhấp vào nhận giọng nói, 1 màn hình chờ sẽ hiện ra chờ lệnh của người thực hiện,
nếu đúng sẽ thực hiện lệnh, sai sẽ báo lỗi “Thử lại”.
Đang nhận giọng nói…
Hình 3.4. Màn hình chờ của điện thoại khi đang nhận giọng nói.

Đây chỉ là thiết kế ban đầu cho App, những người thực hiện sẽ nghiên cứu và phát
triển thêm chức năng cho App nếu có thể.
3.3.2 Thiết kế mô hình:
a. Bố trí mô hình thiết bị:
Để thiết kế mô hình, người thực hiện đã thiết kế theo các tiêu chí:
- Nhỏ gọn, hiện đại và đạt tính thẩm mỹ cao.
- Bố trí các đèn chiếu sáng hợp lý và phù hợp thực tế.

ĐÈN 1 ĐÈN 2 ĐỘNG CƠ
ĐÈN 3 ĐÈN 4 CẢM BIẾN
Hình 3.5. Bố trí thiết bị.

b. Thiết kế động cơ:
Động cơ để cho thiết bị hoạt động ở đây người thực hiện sử dụng 1 động cơ phục
vụ cho việc quay cánh quạt với các thông số sau:
- Điện áp hoạt động: 1- 6V DC
- Dòng điện tiêu thụ: 0.35 – 0.4 A
- Số vòng/phút:17.000 – 18.000 vòng/phút tại 3VDC.
Hình 3.6. Động cơ DC.
c. Thiết kế khối điều khiển động cơ
Để điều khiển hoạt động của động cơ, ta sử dụng opto PC817 có vai trò đóng ngắt và
Mosfet IRF540 làm nhiệm vụ điều chỉnh điện áp để điều khiển động cơ.
Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ

d. Thiết kế khối nhận dữ liệu bluetooth:
Trên thị trường có rất nhiều loại Module bluetooth như HC - 06, HC - 05,… nhưng ở
đây người thực hiện chọn Module bluetooth HC - 06 vì giá thành rẻ, đáp ứng cao hơn
so với HC - 05.
Dưới đây là sơ đồ của khối Module Bluetooth HC-06 được thiết kế trong mạch:
Hình 3.8. Sơ đồ nguyên lý của khối module bluetooth.
Chân STATE và chân EN để trống, cấp nguồn và GND từ khồi nguồn, chân Rx và Tx
lần lượt nối với chân Tx, Rx của khối xử lý trung tâm.
Hình 3.9. Module Bluetooth HC - 06 thực tế.
e. Thiết kế khối nhận dữ liệu Wifi:
Vì Module ESP8266-12 hoạt động ở mức điện áp 3.3V DC, khi nạp chương trình phải
thông qua Module USB2UART PL 2303 để giao tiếp với máy tính và phải cấp nguồn
ngoài. Vì vậy tôi sẽ chọn ESP8266 Node MCU để thuận tiện cấp nguồn (5V DC) và
nạp chương trình.

Hình 3.10. Sự tiện dụng của Node MCU
Dưới đây là sơ đồ chân của ESP8266 Node MCU
Hình 3.11. Sơ đồ chân của Node MCU
Chân Vin và GND sẽ được cấp từ khối nguồn. Các chân GPIO12, GPIO13, GPIO14
và GPIO4 được sử dụng để giao tiếp với Arduino Uno R3 bằng giao tiếp SPI. Tuy
nhiên, vì khác nhau giữa mức điện áp 3.3V của Node MCU và 5V của Uno R3, nên ta
phải cần tới mạch chuyển mức tín hiệu 4 kênh.

Cách giao tiếp giữa Node MCU và Uno R3:
Arduino Uno R3
Nude MCU
SS
SS
MISO
MOSI
MOSI
MISO
CLK
CLK
GND
GND
3.3V
5V
Hình 3.12. Giao tiếp giữa Node MCU và Uno R3
f. Thiết kế khối xử lý trung tâm:
Do ta đã chọn Board vi điều khiển Arduino Uno R3 làm khối điều khiển trung tâm ở
chương 2 nên chương này ta chỉ tìm hiểu về cấu tạo bên trong Arduino Uno R3.
Hình 3.13. Sơ đồ nối dây vi điều khiển trong Broad Arduino Uno R3.
Chân RESET của MCU được được nối với nút nhấn tích cực mức cao. Với điện trở kéo
lên, đầu vào của vi điều khiển sẽ đọc trạng thái là 5V (HIGH) nếu nút nhấn không được
nhấn. Khi nút nhấn được nhấn, nó sẽ kết nối trực tiếp đầu vào vi điều khiển với GND, vì
thế mức điện áp đọc tại đầu vào MCU là 0V (LOW), đồng thời MCU sẽ được khởi

động lại (RESET). Nếu không có điện trở kéo lên, khi ta nhấn nút sẽ xảy ra hiện tượng
đoản mạch.
Chân XTAL1 và XTAL2 của MCU được nối vào 2 đầu thạch 16MHz tạo mạch dao động
ngoại. Hai tụ 22pF không phân cực được gán vào chân thạch anh để ổn định nhiệt.
Để nạp chương trình cho vi điều khiển ta sẽ dùng mạch nạp được tích hợp sẵn trong
board Arduino Uno R3. Dưới đây là sơ đồ đi dây mạch nạp.
Hình 3.14. Sơ đồ nối dây mạch nạp trong Arduino Uno R3.
Mạch này giao tiếp với MCU thông qua chuẩn UART bằng 2 chân RX, TX và giao
tiếp với máy tính bằng cổng USB. Vì MCU chỉ hỗ trợ 1 chuẩn UART nên mỗi lần
muốn nạp chương trình cho MCU ta phải ngắt các kết nối liên quan đến chuẩn UART.
g. Thiết kế khối nguồn:
Ta có bảng liệt kê điện áp và dòng điện các linh kiện sử dụng trong mạch sau:
Bảng 3.1. Bảng liệt kê điện áp và dòng điện các linh kiện sử dụng trong mạch
Tên linh kiện Điện áp định mức (VDC) Dòng điện định mức (mA)
Arduino Uno R3 7-12 30
Động cơ DC 3-9 350

Đồ án hệ thống điều khiển và giám sát các thiết bị trong nhà.doc

Đồ án hệ thống điều khiển và giám sát các thiết bị trong nhà.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Đồ án hệ thống điều khiển và giám sát các thiết bị trong nhà.doc

Similar to Đồ án hệ thống điều khiển và giám sát các thiết bị trong nhà.doc (20)

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói 😊 Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói 😊 Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Đồ án hệ thống điều khiển và giám sát các thiết bị trong nhà.doc