TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Trong bối cảnh xã hội phát triển và công nghệ hiện đại, nhu cầu trao đổi thông tin và điều khiển thiết bị từ xa ngày càng tăng cao, đặc biệt tại những khu vực chật hẹp và xa xôi Công nghệ không dây đã ra đời để đáp ứng nhu cầu này, mang lại nhiều tiện ích trong cuộc sống hàng ngày, từ làm việc, học tập đến giải trí như chơi game, xem phim, nghe nhạc Với sự đa dạng và phức tạp của nhu cầu, nhiều chuẩn kỹ thuật không dây đã được phát triển như IrDA, WLAN, ZigBee, OpenAir, UWB và Bluetooth Trong số đó, Bluetooth nổi bật với nhiều ưu điểm, đặc biệt là cho thiết bị di động, nhờ vào sự hỗ trợ từ một tổ chức nghiên cứu đông đảo và ngày càng nhiều nhà sản xuất Bluetooth đang dần trở thành công nghệ phổ biến trong mọi lĩnh vực thiết bị điện tử, hứa hẹn sẽ được tích hợp vào tất cả các thiết bị trong tương lai.
Trong những năm gần đây, công nghệ truyền nhận dữ liệu không dây đã phát triển mạnh mẽ, đặc biệt trong các hệ thống điều khiển và giám sát từ xa Các công nghệ như RF, Wifi, Bluetooth và NFC đang được sử dụng rộng rãi, trong đó Bluetooth là công nghệ lâu đời với nhiều cải tiến về tốc độ và bảo mật Tại Việt Nam, thị trường sản phẩm điều khiển thiết bị không dây còn hạn chế, chủ yếu là hàng nhập khẩu với giá cao Việc nghiên cứu và thiết kế bộ sản phẩm điều khiển không dây trong nước không chỉ tạo thêm lựa chọn cho người tiêu dùng mà còn giúp giảm giá thành và phát triển các hệ thống điều khiển thông minh Vì vậy, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị dân dụng thông qua phần mềm Android”.
Bluetooth đã trở thành công nghệ phổ biến trên nhiều thiết bị, với điểm nổi bật trong đề tài này là khả năng điều khiển thông qua hệ điều hành Android Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa trải nghiệm người dùng mà còn tận dụng hiệu quả các đồ án tốt nghiệp.
Hai thiết bị sử dụng hệ điều hành Android có sẵn giúp giảm giá thành sản phẩm Bên cạnh đó, màn hình hiển thị lớn của điện thoại cho phép người dùng xem nhiều thông tin hơn.
Mục tiêu của đề tài
Hệ thống điều khiển được thiết kế và thi công bao gồm bộ điều khiển thiết bị công suất, sử dụng ứng dụng BlueControl trên hệ điều hành Android Hệ thống cho phép điều khiển thiết bị qua công nghệ Bluetooth thông qua ứng dụng BlueControl hoặc trực tiếp bằng nút nhấn trên bộ điều khiển Các yêu cầu cụ thể đối với hệ thống cũng được xác định.
Bộ điều khiển có thiết kế đơn giản, gọn nhẹ và thẩm mỹ, giúp dễ dàng sửa chữa và thay thế linh kiện khi gặp sự cố trong quá trình sử dụng.
Phần mềm điều khiển trên hệ điều hành Android được thiết kế với giao diện đẹp mắt, trực quan và thân thiện với người dùng, cho phép tùy chỉnh theo yêu cầu cá nhân Nó hỗ trợ nhiều thiết bị sử dụng nền tảng Android từ phiên bản V4.1 trở lên.
- Có khả năng hoạt động ổn định trong thực tế;
Hệ thống có khả năng mở rộng linh hoạt, cho phép người dùng tăng số lượng thiết bị điều khiển một cách dễ dàng 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
Trên thị trường hiện nay, có nhiều sản phẩm điều khiển thiết bị sử dụng hệ điều hành Android, bao gồm điện thoại và các thiết bị di động khác Mỗi sản phẩm được thiết kế với những đặc điểm và tính năng riêng biệt, phù hợp với mục đích sử dụng khác nhau Chúng tôi tập trung phát triển sản phẩm với những tính năng cơ bản nhất để 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; ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Phần mềm điều khiển giúp cập nhật trạng thái thiết bị một cách liên tục, ghi lại lịch sử tắt mở để người dùng có thể xem lại và cho phép hẹn giờ để mở hoặc tắt các thiết bị theo nhu cầu.
- 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
Sau khi nghiên cứu và thu thập thông tin liên quan đến đề tài, kết hợp với kiến thức hiện có và tài liệu từ các đồ án trước, chúng tôi đã xác định được các đối tượng nghiên cứu cần thiết.
Công nghệ Bluetooth là một phương thức kết nối không dây cho phép các thiết bị giao tiếp với nhau trong khoảng cách ngắn Đặc điểm nổi bật của Bluetooth bao gồm tính năng tiết kiệm năng lượng, khả năng kết nối nhanh chóng và bảo mật thông tin Liên kết vật lý trong công nghệ Bluetooth thường sử dụng sóng radio tần số 2.4 GHz để truyền tải dữ liệu Công nghệ này hỗ trợ nhiều chế độ kết nối khác nhau, từ kết nối điểm-điểm cho đến kết nối nhiều thiết bị cùng lúc Cách thức hoạt động của Bluetooth dựa trên việc thiết lập các kênh truyền dẫn và quản lý kết nối giữa các thiết bị, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả cho người dùng.
Hệ điều hành Android có kiến trúc đa lớp, cho phép phát triển ứng dụng linh hoạt và hiệu quả Chu kỳ sống của các ứng dụng trên Android bao gồm các giai đoạn từ khởi tạo, hoạt động cho đến khi dừng lại, giúp lập trình viên quản lý tài nguyên tốt hơn Để phát triển ứng dụng, phần mềm hỗ trợ lập trình Eclipse là công cụ phổ biến, cùng với ngôn ngữ lập trình Java, giúp tạo ra các ứng dụng mạnh mẽ và tương tác trên nền tảng Android.
- Module Bluetooth HC-06: các thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt động của module HC-06;
Vi điều khiển PIC18F4620 nổi bật với các thông số kỹ thuật phù hợp với yêu cầu của đề tài, đồng thời cung cấp sự hỗ trợ phần cứng cần thiết để lập trình code điều khiển hiệu quả.
- Module RTC DS1307: các thông số kỹ thuật của module; nguyên lý hoạt động, các thanh ghi của DS1307
Do hạn chế về môi trường nghiên cứu, chúng tôi không có điều kiện làm việc trong các phòng LAB với thiết bị hỗ trợ đa dạng Vì vậy, phương pháp nghiên cứu chủ yếu của chúng tôi là thực hiện 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 hiện thí nghiệm trực tiếp trên các bộ kit phát triển có sẵn giúp kiểm tra và điều chỉnh phần cứng cũng như phần mềm, từ đó tối ưu hóa các thông số cho phù hợp với điều kiện thực tế.
Sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực điện tử, đặc biệt là sự bùng nổ của smartphone chạy hệ điều hành Android, đã tạo ra cơ hội nghiên cứu quý giá cho sinh viên ngành Điện – Điện tử Việc tìm hiểu về Android và lập trình di động giúp thiết kế sản phẩm kết hợp giữa thiết bị Android và các mạch điện tử cơ bản, hình thành nên hệ thống thông minh Sản phẩm hoàn thiện từ đồ án này không chỉ là sự giao thoa giữa thiết bị Android và mạch điện tử mà còn mang tính ứng dụng cao, đặc biệt trong phát triển các hệ thống điều khiển không dây, mở ra hướng đi mới cho sự phát triển của các hệ thống điều khiển thông minh.
Bạn có thể điều khiển các thiết bị điện trong nhà một cách dễ dàng mà không cần phải di chuyển đến công tắc Chẳng hạn, khi trở về nhà vào buổi tối, bạn có thể bật đèn trước khi vào, mang lại sự tiện lợi và an toàn cho không gian sống của mình.
- 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 vườn ươm hoa, cây giống giúp tiết kiệm năng lượng bằng cách bật đèn từ xa cho những khu vực thiếu ánh sáng và điều chỉnh quạt thông gió cho những khu vực có nhiệt độ cao Điều này không chỉ giảm thiểu số lượng công tắc điều khiển mà còn cho phép điều khiển linh hoạt, chỉ bật các thiết bị cần thiết, nâng cao hiệu quả hoạt động trong nông nghiệp.
1.7 Bố cục của đồ án
Phần còn lại của đồ án có nội dung như sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương này sẽ giới thiệu tổng quan về công nghệ Bluetooth, bao gồm khái niệm, đặc điểm, chế độ kết nối, kỹ thuật truyền dữ liệu và cách thức hoạt động Bên cạnh đó, sẽ trình bày các thông số và ý nghĩa của các linh kiện chính trong thiết kế bộ điều khiển, như vi điều khiển PIC18F4620, IC Real-Time DS1307 và module Bluetooth HC-06 Cuối cùng, chương cũng cung cấp kiến thức cơ bản về hệ điều hành Android để hỗ trợ lập trình phần mềm điều khiển trên điện thoại trong chương tiếp theo.
- Chương 3: Thiết kế hệ thống
Chương này sẽ giới thiệu sơ đồ khối của bộ điều khiển và các phương án thực hiện, đồng thời lựa chọn phương án tối ưu nhất Bên cạnh đó, chương cũng nêu rõ các yêu cầu cần thiết cho phần mềm điều khiển trên điện thoại, làm cơ sở cho việc phát triển ứng dụng Cuối cùng, chương sẽ trình bày yêu cầu đối với phần mềm điều khiển của vi điều khiển và lưu đồ hoạt động của chương trình.
- Chương 4: Kết quả vả hướng phát triển
Chương này trình bày kết quả đạt được từ đề tài, bao gồm hình ảnh sản phẩm như bộ điều khiển và ứng dụng trên điện thoại Bên cạnh đó, các kết quả điều khiển của sản phẩm cũng được nêu rõ, cùng với những kết luận sau khi hoàn thành sản phẩm Cuối cùng, chúng tôi sẽ đề xuất các hướng phát triển trong tương lai nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả của sản phẩm.
Phương pháp nghiên cứu
Do hạn chế về môi trường nghiên cứu, chúng tôi không thể làm việc trong các phòng LAB với đầy đủ thiết bị hỗ trợ Vì vậy, phương pháp nghiên cứu chủ yếu của chúng tôi là thực hiện 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 hiện thí nghiệm trực tiếp trên các bộ kit phát triển có sẵn giúp kiểm tra và điều chỉnh phần cứng cũng như phần mềm, đảm bảo các thông số được tối ưu hóa theo điều kiện thực tế.
Ý nghĩa thực tiễn
Trong bối cảnh lĩnh vực điện tử phát triển mạnh mẽ, đặc biệt với sự bùng nổ của smartphone chạy hệ điều hành Android, việc nghiên cứu Android và lập trình di động trở nên cực kỳ quan trọng đối với sinh viên ngành Điện – Điện tử Điều này cho phép thiết kế các sản phẩm kết hợp giữa thiết bị Android và mạch điện tử cơ bản, tạo thành hệ thống thông minh Sản phẩm cuối cùng của đồ án không chỉ là sự kết hợp giữa thiết bị Android và mạch điện tử, mà còn có tính ứng dụng cao trong phát triển các hệ thống điều khiển không dây, mở ra hướng đi mới cho sự phát triển của các hệ thống điều khiển thông minh.
Bạn có thể điều khiển các thiết bị điện trong nhà một cách dễ dàng mà không cần phải di chuyển đến vị trí của công tắc Đặc biệt, khi trở về nhà vào buổi tối, bạn có thể bật đèn trong nhà trước khi bước vào, mang lại sự tiện lợi và an toàn.
- 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 vườn ươm hoa, cây giống giúp quản lý ánh sáng và nhiệt độ hiệu quả Chúng cho phép bật đèn từ xa ở những khu vực thiếu sáng và điều khiển quạt thông gió khi nhiệt độ vượt mức quy định Việc này giảm thiểu số lượng công tắc điều khiển, đồng thời linh hoạt chỉ kích hoạt các thiết bị cần thiết, tối ưu hóa quy trình chăm sóc cây trồng và vật nuôi.
Bố cục của đồ án
Phần còn lại của đồ án có nội dung như sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương này sẽ giới thiệu tổng quan về công nghệ Bluetooth, bao gồm khái niệm, đặc điểm, chế độ kết nối, kỹ thuật truyền dữ liệu và cách thức hoạt động Bên cạnh đó, sẽ trình bày các thông số và ý nghĩa của các linh kiện chính như vi điều khiển PIC18F4620, IC Real-Time DS1307, và module Bluetooth HC-06, cùng với kiến thức cơ bản về hệ điều hành Android để hỗ trợ lập trình phần mềm điều khiển trên điện thoại trong chương tiếp theo.
- Chương 3: Thiết kế hệ thống
Chương này sẽ trình bày sơ đồ khối của bộ điều khiển và đưa ra các phương án thực hiện, từ đó lựa chọn phương án tối ưu nhất Bên cạnh đó, chương cũng đề cập đến các yêu cầu cần thiết cho phần mềm điều khiển trên điện thoại, làm cơ sở để phát triển ứng dụng Cuối cùng, chương sẽ trình bày các yêu cầu đối với phần mềm điều khiển của vi điều khiển và lưu đồ hoạt động của chương trình.
- Chương 4: Kết quả vả hướng phát triển
Chương này sẽ trình bày các kết quả đạt được từ đề tài, bao gồm hình ảnh sản phẩm (bộ điều khiển và ứng dụng trên điện thoại) cùng với các kết quả điều khiển của sản phẩm Bên cạnh đó, chương cũng sẽ đưa ra những kết luận sau khi hoàn thành sản phẩm và đề xuất các hướng phát triển để nâng cao chất lượng sản phẩm trong tương lai.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Công nghệ Bluetooth
Ngày nay, nhiều thiết bị được trang bị công nghệ Bluetooth, cho phép truyền thông không dây với các thiết bị khác Công nghệ Bluetooth nổi bật với khả năng kết nối nhanh chóng, tiêu thụ năng lượng thấp và tính linh hoạt cao, mang lại sự tiện lợi cho người dùng trong việc giao tiếp và chia sẻ dữ liệu.
2.1.1 Lịch sử hình thành Bluetooth
Tên gọi Bluetooth (có nghĩa là “răng xanh”) là tên của nhà vua Đan Mạch – Harald I Bluetooth (Danish Harald Blaatand người đã thống nhất Thụy Điển và Na
Người Viking nổi tiếng với khả năng giao tiếp và thương lượng, tương tự như sự phát triển của công nghệ không dây Bluetooth Khi mới ra đời, Bluetooth đã đóng vai trò quan trọng trong việc thống nhất ngành công nghiệp máy tính và viễn thông.
Năm 1994, Ericsson lần đầu tiên giới thiệu một đề án nhằm hợp nhất liên lạc giữa các thiết bị điện tử mà không cần sử dụng cáp nối phức tạp Đề án này thực chất là một mạng vô tuyến cự ly ngắn, sử dụng vi mạch 9mm để chuyển tín hiệu sóng vô tuyến, thay thế cho các dây cáp điều khiển phức tạp.
Năm 1998, năm công ty hàng đầu thế giới gồm Ericsson, Nokia, IBM, Intel và Toshiba đã hợp tác để thiết kế và phát triển một chuẩn công nghệ kết nối không dây mới mang tên Bluetooth, nhằm kết nối các thiết bị vi điện tử qua sóng vô tuyến.
Vào ngày 20 tháng 5 năm 1998, nhóm nghiên cứu Special Interest Group (SIG) đã được thành lập nhằm phát triển công nghệ Bluetooth trong lĩnh vực viễn thông Tất cả các công ty có nhu cầu sử dụng công nghệ Bluetooth đều có thể tham gia vào nhóm này.
Tháng 7/1999: Các chuyên gia trong SIG đã đưa ra thuyết minh kỹ thuật Bluetooth phiển bản 1.0
Năm 2000, SIG đã chào đón 4 thành viên mới là 3Com, Lucent Technologies, Microsoft và Motorola Công nghệ Bluetooth được cấp chứng nhận kỹ thuật ngay từ lần ra mắt đầu tiên, với các thông số kỹ thuật mở và miễn phí trên website http://www.bluetooth.org Hiện tại, hơn 2100 công ty toàn cầu đã áp dụng công nghệ này Ngoài ra, Wireless Personal Area Network (WPAN) dựa trên Bluetooth đã trở thành chuẩn IEEE với tên gọi 802.15 WPANS.
Năm 2001, Bluetooth 1.1 ra mắt cùng với bộ phát triển phần mềm Bluetooth - XTNDAccess Blue SDK, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong công nghệ Bluetooth, thu hút sự chú ý của nhiều nhà sản xuất mới Công nghệ Bluetooth đã được công nhận là công nghệ vô tuyến tốt nhất trong năm đó.
Vào tháng 7 năm 2002, Bluetooth SIG đã thành lập cơ quan đầu não toàn cầu tại Overland Park, Kansas, Hoa Kỳ Năm này cũng đánh dấu sự ra đời của các thế hệ máy tính Apple hỗ trợ Bluetooth, cùng với việc Bluetooth được tích hợp vào máy Macintosh với hệ điều hành MAC OS X Công nghệ Bluetooth cho phép người dùng chia sẻ tập tin giữa các máy MAC, đồng bộ hóa và chia sẻ thông tin liên lạc với các thiết bị Palm, cũng như truy cập Internet thông qua điện thoại di động hỗ trợ Bluetooth từ các thương hiệu như Nokia, Ericsson và Motorola.
Vào tháng 5/2003, CSR (Cambridge Silicon Radio) đã giới thiệu một chip Bluetooth mới với khả năng tích hợp dễ dàng và giá cả hợp lý, thúc đẩy sự phát triển của thế hệ Motherboard tích hợp Bluetooth Điều này giúp giảm chênh lệch giá giữa các mainboard điện thoại có và không có Bluetooth Đến tháng 11/2003, sản phẩm Bluetooth 1.2 được ra mắt, và tổ chức Cahners In-Stat dự đoán rằng số lượng sản phẩm tích hợp Bluetooth sẽ đạt tới 1 tỷ.
Năm 2004, thị trường điện thoại di động sôi động chứng kiến sự ra mắt của nhiều thế hệ di động mới hỗ trợ Bluetooth như N7610, N6820, và N6230 Motorola cũng giới thiệu sản phẩm Bluetooth đầu tiên của mình, đánh dấu bước tiến quan trọng trong công nghệ kết nối Các sản phẩm Bluetooth liên tục được phát triển và quảng bá mạnh mẽ thông qua các chương trình tiếp thị.
“Operatiton Blueshock” International Consumer Electronics Show (CES) tại Las Vegas ngày 9/1/2004
Vào ngày 6 tháng 1 năm 2004, tại hội nghị Bluetooth CES diễn ra ở Las Vegas, tổ chức Bluetooth SIG đã công bố số lượng thành viên đạt mốc 3000 Điều này đánh dấu sự phát triển mạnh mẽ của tổ chức, với sự tham gia của nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau, từ máy móc tự động, thiết bị y tế cho đến máy tính cá nhân và điện thoại di động, tất cả đều ứng dụng công nghệ không dây tầm ngắn trong sản phẩm của mình.
Bluetooth đang phát triển nhanh chóng với nhiều ứng dụng đa dạng Theo nghiên cứu của Frost & Sullivan, năm 2001 có 4,2 triệu sản phẩm sử dụng công nghệ Bluetooth, và con số này dự kiến sẽ tăng lên 1,01 tỷ vào năm 2006.
Năm 2008, Bluetooth 3.0 được ra mắt với khả năng truyền tải dữ liệu lên đến 24Mbps, chủ yếu phục vụ cho các ứng dụng âm thanh và chia sẻ file.
Kỷ niệm 10 năm ra mắt, Bluetooth đã trở thành công nghệ không dây phát triển nhanh nhất, với hơn 2 tỷ sản phẩm ứng dụng trong vòng một thập kỷ.
Vào năm 2009, tổ chức SIG đã công bố phiên bản mới nhất của Bluetooth, Bluetooth 4.0, tập trung chủ yếu vào lĩnh vực y tế, chăm sóc sức khỏe và an ninh, khác với Bluetooth 3.0 Theo giám đốc marketing Anders Edlund, Bluetooth 4.0 chủ yếu phục vụ cho các ứng dụng sức khỏe như đồng hồ đeo tay theo dõi sức khỏe và các thiết bị cảm biến nhiệt độ, nhịp tim, thể thao, cũng như các thiết bị sử dụng tại nhà.
Hệ thống điều hành Android
Android là hệ điều hành di động do Google phát triển, dựa trên nền tảng Linux Kernel và phần mềm nguồn mở Ban đầu được phát triển bởi Android Inc, hệ điều hành này hiện là sản phẩm chủ lực của liên minh OHA với khoảng 78 thành viên, bao gồm nhà sản xuất và nhà phát triển ứng dụng Android được thiết kế để cạnh tranh với các hệ điều hành di động khác như iOS, BlackBerry OS, Windows Mobile, Symbian, Bada và WebOS.
Tính đến tháng 08/2014, Android sở hữu một cộng đồng phát triển ứng dụng rộng lớn với hơn 1.4 triệu ứng dụng có sẵn trên Play Store, và số lượng này vẫn đang không ngừng tăng lên.
Ứng dụng được phát triển bằng ngôn ngữ Java kết hợp với thư viện Java của Google Các nhà phát triển có thể sử dụng máy tính với hệ điều hành Windows, MacOS hoặc Linux cùng với Android SDK để phát triển ứng dụng cho nền tảng Android.
Tổng công ty Android (Android, Inc.) được thành lập vào tháng 10 năm 2003 tại Palo Alto, California bởi Andy Rubin, một trong những người sáng lập công ty Danger Mặc dù đội ngũ sáng lập nổi tiếng, Android hoạt động âm thầm và chỉ tiết lộ rằng họ phát triển phần mềm cho điện thoại di động Vào ngày 17 tháng 8 năm 2005, Google đã mua lại Android, biến nó thành một bộ phận của mình, điều này khiến nhiều người dự đoán rằng Google sẽ tham gia vào thị trường điện thoại di động Dưới sự lãnh đạo của Rubin, nhóm tại Google đã phát triển nền tảng di động dựa trên nhân Linux, với cam kết cung cấp một hệ thống linh hoạt và có khả năng nâng cấp cho các nhà sản xuất điện thoại và nhà mạng Google đã liên hệ với nhiều hãng phần cứng và đối tác phần mềm, thông báo sẵn sàng hợp tác ở nhiều cấp độ khác nhau.
Ngày 5 tháng 11 năm 2007, Liên minh thiết bị cầm tay mở (Open Handset Alliance), một hiệp hội bao gồm nhiều công ty trong đó có Texas Instruments, Tập đoàn Broadcom, Google, HTC, Intel, LG, Tập đoàn Marvell Technology, Motorola, Nvidia, Qualcomm, Samsung Electronics, Sprint Nextel và T-Mobile được thành lập với mục đích phát triển các tiêu chuẩn mở cho thiết bị di động Cùng ngày, Android cũng được ra mắt với vai trò là sản phẩm đầu tiên của Liên minh, một nền tảng thiết bị di động được xây dựng trên nhân Linux phiên bản 2.6 Chiếc điện thoại chạy Android đầu tiên được bán ra là HTC Dream, phát hành ngày 22 tháng 10 năm
2008 Biểu trưng của hệ điều hành Android mới là một con robot màu xanh lá cây
Kể từ năm 2008, hệ điều hành Android đã trải qua nhiều bản cập nhật, liên tục cải tiến và bổ sung tính năng mới, đồng thời khắc phục các lỗi từ các phiên bản trước Mỗi bản nâng cấp được đặt tên theo thứ tự bảng chữ cái và theo tên của các món tráng miệng, bắt đầu với phiên bản 1.5 Cupcake và tiếp theo là phiên bản 1.6 Donut Phiên bản mới nhất hiện tại là 5.0 Lollipop Năm 2010, Google giới thiệu dòng sản phẩm Nexus, bao gồm smartphone và tablet chạy Android, được sản xuất bởi các đối tác phần cứng, trong đó có sự hợp tác với HTC cho chiếc điện thoại đầu tiên.
Nexus One là thiết bị đầu tiên trong dòng sản phẩm Nexus, mở ra một kỷ nguyên mới với sự ra mắt của nhiều thiết bị hiện đại hơn, bao gồm điện thoại Nexus 4 và máy tính bảng Nexus 10.
LG và Samsung là hai nhà sản xuất chính cho các thiết bị Android, trong khi Google coi điện thoại và máy tính bảng Nexus là sản phẩm chủ lực, tích hợp những tính năng phần cứng và phần mềm tiên tiến nhất của hệ điều hành Android.
2.2.3 Các phiên bản của Android
Hệ điều hành Android đã trải qua 5 năm phát triển với nhiều phiên bản cải tiến đáng kể Dưới đây là những tính năng chủ chốt đã được giới thiệu trong các phiên bản Android từ khi ra mắt cho đến nay.
Hình 2.14: Các phiên bản Android Điểm khởi đầu của Android là Android 1.0
Kỷ nguyên Android bắt đầu vào ngày 22/10/2008 với sự ra mắt của HTC Dream G1 tại Mỹ Mặc dù thiếu nhiều tính năng cơ bản như bàn phím ảo, cảm ứng đa điểm và khả năng mua ứng dụng, phiên bản đầu tiên này đóng vai trò quan trọng trong việc định hình các đặc điểm nhận dạng của Android hiện nay.
Android 1.1 (dành riêng cho T_mobile G1), tháng 2/2009 bản nâng cấp đầu tiên của Android trình làng, khoảng 3 tháng sau khi G1 được bán ra Phiên bản 1.1 không phải là một cuộc cách mạng gì to lớn bởi tính năng chính của nó là sửa một danh sách lỗi khá dài Tuy nhiên, nó đã cho thấy khả năng nâng cấp thiết bị di động qua ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
30 phương pháp Over-The-Air cho phép tải về và cài đặt bản cập nhật trực tiếp trên thiết bị mà không cần kết nối với máy tính Vào thời điểm đó, rất ít hệ điều hành di động hỗ trợ tính năng này, trong khi hầu hết đều cần sử dụng phần mềm chuyên dụng trên PC Trước đó, tại Mỹ, dòng máy Danger Hiptop (hay còn gọi là Sidekick) đã có các cập nhật tương tự theo từng giai đoạn Đáng chú ý, Andy Rubin, người sáng lập Android Inc (sau này được Google mua lại), cũng là đồng sáng lập của hãng Danger.
Android 1.5: Cupcake (bánh nướng) ra mắt ngày 30-4-2009 Android 1.5 có lẽ có vai trò cực kỳ quan trọng trong quá trình trưởng thành của Android khi nó bổ sung cho hệ điều hành này những tính năng nổi bật giúp nó cạnh tranh với các nền tảng đối thủ khác Đây cũng là bản Android đầu tiên được Google gọi tên theo các món đồ ăn với chữ cái bắt đầu được xếp theo thứ tự alphabet Android 1.5 không có nhiều điểm thay đổi so với người tiền nhiệm của mình Google chỉ điểm thêm vài điểm để làm giao diện trông bóng bẩy, mượt mà hơn một tí, chẳng hạn như widget tìm kiếm có độ trong suốt nhẹ, biểu tượng app drawer có một số hoa văn nhỏ mới,… Nói chung, giao diện không phải là một điểm nhấn của Android 1.5 mà người ta quan tâm nhiều hơn đến các tính năng mới mà nó mang lại, chẳng hạn như: bàn phím ảo, cải tiến clipboard, khả năng quay phim, mở rộng khả năng cho widget,…
Android 1.6: Donut (bánh rán) ra mắt ngày 30-9-2009 Mặc dù chỉ thêm có 0.1 vào mã số của Android 1.5 nhưng nó cũng mang lại nhiều cải tiến đáng giá Một vài điểm trong giao diện được cải thiện, vài tính năng nhỏ được thêm vào, cuối cùng là hỗ trợ cho mạng CDMA Động thái này cho phép nhiều nhà mạng hơn có thể sử dụng với Android, giúp cho Android có thêm một số lượng lớn người dùng ở Mỹ và ở cả Châu Á nữa Nhưng có lẽ điểm thú vị nhất của Donut đó là hỗ trợ các thành phần đồ họa độc lập với độ phân giải Lần đầu tiên, Android có thể chạy trên nhiều độ phân giải và tỉ lệ màn hình khá nhau, cho phép những thiết bị có nhiều độ phân giải hơn là 320 x 480
Android 2.0: Eclair ra mắt ngày 26-10-2009 Chỉ sau gần một tháng ra mắt Donut (Android 1.6), Google tung ra Eclair, phiên bản được nhận định là “bước đi lớn„„ của hệ điều hành này Eclair cải tiến rất nhiều, từ giao diện đến ứng dụng bên trong hệ thống Ứng dụng chụp ảnh tăng cường thêm chức năng zoom số (phóng to), cân bằng trắng, hỗ trợ đèn flash và các hiệu ứng màu sắc Hệ thống hoạt động ổn định hơn, cải thiện khả năng xử lý, hỗ trợ kết nối Bluetooth tốt hơn, đặc biệt tùy chọn đồng bộ nhiều tài khoản Một điểm thuận tiện được đánh giá cao lúc bấy giờ là ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hệ thống phần cứng
Hình 2.19: Hình ảnh thực tế Module Bluetooth HC-06
Module Bluetooth HC-06 với chân hoàn chỉnh cho phép kết nối dễ dàng để thực hiện các thí nghiệm Module này hoạt động hiệu quả với mức điện áp từ 3.3V đến 5V Khi kết nối với máy tính, HC-06 hoạt động như một cổng COM ảo, giúp việc truyền nhận dữ liệu tương tự như giao tiếp UART trên module.
Khi thay đổi baudrate cho COM ảo, lưu ý rằng baudrate của UART không bị ảnh hưởng và chỉ có thể thay đổi qua lệnh AT trên module Module HC-06 được cấu hình mặc định là Slave, không thể thay đổi, nên chỉ có thể giao tiếp với các thiết bị Bluetooth ở chế độ master như smartphone hoặc HC-05 master Hai module Bluetooth được thiết lập là Slave không thể giao tiếp với nhau.
- Sử dụng CSR mainstream bluetooth chip, bluetooth V2.0 protocol standard;
- Sử dụng băng tần ISM: 2.4GHz – 2.48GHz;
- Mức năng lượng được sử cho phép: class2; ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Điện áp làm việc của module từ 2.7 – 3.3V;
- Điện áp hoạt động của UART từ 3.3 – 5V;
- Dòng điện khi hoạt động: khi pairing là 30mA, sau khi pairing hoạt động truyền nhận bình thường 8mA;
- Tốc độ Baudrate UART cho phép: 1200,2400,4800,19200, 38400, 57600,
- Kích thước của module: 28mm x 15mm x 2.35mm;
- Thiết lập mặc định của module là: tốc độ baud 9600, databits là 8, stopbit là
1, parity là N, pairing code là 1234 b) Phần cứng
Hình 2.20: Mô hình hardware HC-06 Bảng sau mô tả đặc điểm phần cứng của module HC-06:
Pin Name Pin # Pad Type Description
GND 13, 21, VSS Ground pot ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1V8 14 VDD Integrated 1.8V (+) supply with On- chip linear regulator output within 1.7-1.9V
AIO0 9 Bi-Directional Programmable input/output line AIO1 10 Bi-Directional Programmable input/output line
Programmable input/output line, control output for LNA(if fitted)
The system features multiple Bi-Directional Programmable Input/Output (PIO) lines, specifically PIO2 through PIO11, which are essential for controlling outputs, including the Public Address (PA) system when equipped Each PIO line, numbered from 25 to 34, can be configured to either input or output, providing versatile connectivity options for various applications.
RESETB 11 CMOS Input with weak intemal pull- down
4 CMOS output, tri- stable with weak internal pull-up
UART request to send, active low
3 CMOS input with weak internal pull-
UART clear to send, active low ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2 CMOS input with weak internal pull- down
1 CMOS output, Tri- stable with weak internal pull-up
SPI_MOSI 17 CMOS input with weak internal pull- down
Serial peripheral interface data input
SPI_CSB 16 CMOS input with weak internal pull- up
Chip select for serial peripheral interface, active low
SPI_CLK 19 CMOS input with weak internal pull- down
SPI_MISO 18 CMOS input with weak internal pull- down
Serial peripheral interface data Output
Bảng 2.1: Chức của các chân của module HC-06
Sơ đồ nguyên lý của module HC-06 như sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 2.21: Sơ đồ nguyên lý HC-06
Hình 2.22: Sơ đồ chân vi điều khiển PIC18F4620 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
49 a) Đặc điểm kỹ thuật của PIC18F4620 Đặc điểm kỹ thuật PIC18F4620
Tần số hoạt động 0 – 40MHz
Bộ nhớ chương trình (Flash) 64Kbytes
Bộ nhớ dữ liệu (Ram) 4Kbytes
Truyền thông nối tiếp UART, SPI
Truyền thông song song Có
Bảng 2.2: Đặc điểm kỹ thuật của PIC18F4620 b) Một số đặc tính kỹ thuật nổi bật
Run: CPU on, ngoại vi on;
Idle: CPU off, ngoại vi on;
Sleep: CPU off, ngoại vi off;
Dòng rò ngõ vào rất thấp 50nA;
Chế độ Run tiờu thụ điện năng dưới 11àA;
Chế độ idle tiờu thụ điện năng dưới 2.5àA;
Chế độ Sleep tiêu thụ điện năng dưới 100nA
- Đặc điểm nổi bật của thiết bị ngoại vi:
Có 4 chế độ sử dụng thạch anh, tần số lên đến 40MHz;
Chế độ nhân 4 lần tần số sử dụng khi dùng do động nội;
Có thể lựa chọn 8 tần số từ 8MHz đến 31MHz; ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Dòng vào tại các chân IO lên đến 25mA;
Hỗ trợ nhiều chuẩn giao tiếp 3-wire SPI, I2C (Master and Slave modes) ;
13 kênh ADC 10 bit, có thể lấy 100K mẫu trong 1s;
Có 2 bộ so sánh Analog
- Các tính năng đặc biệt của vi điều khiển:
CPU hoạt động với tốc độ tối đa 10MIPS;
Kiến trúc hỗ trợ tối ưu cho các trình biên dịch ngôn ngữ C;
Bộ nhớ Flash program 64KB có khả năng lên đến 100,000 lần;
Bộ nhớ Eeprom 1024B tuổi thọ lên đến 100 năm và khả năng ghi đọc lên đến 1,000,000 lần;
Điện áp hoạt động từ 2V đến 5.5V;
Công nghệ tiết kiệm năng lượng nanoWatt
2.3.3 Module RTC DS1307 a) Sơ lƣợc về giao tiếp I2C
Hiện nay, trong các hệ thống điện tử hiện đại, nhiều ICs và thiết bị ngoại vi cần giao tiếp với nhau và với thế giới bên ngoài Để tối ưu hóa hiệu suất phần cứng với mạch điện đơn giản, Phillips đã phát triển chuẩn giao tiếp nối tiếp 2 dây mang tên I2C, viết tắt của Inter-Integrated Circuit, cho phép các IC giao tiếp hiệu quả với nhau.
I2C, viết tắt của Inter-Integrated Circuit, được thiết kế để điều khiển liên thông giữa các IC Tất cả các chip tương thích với I2C đều có giao diện tích hợp cho phép truyền thông trực tiếp với các thiết bị I2C khác Dữ liệu được truyền theo kiểu nối tiếp hai hướng với kích thước 8 bit, thực hiện qua ba chế độ khác nhau.
- Tốc độ cao (High Speech) 3.4Mbit/sec
Giao tiếp I2C sử dụng hai dây chính: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL) Trong đó, SDA là đường truyền dữ liệu hai chiều, cho phép truyền tải thông tin giữa các thiết bị, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ, đảm bảo đồng bộ hóa trong quá trình truyền dữ liệu.
Khi một thiết bị ngoại vi được kết nối vào đường I2C, chân SDA của thiết bị sẽ nối với dây SDA của bus, trong khi chân SCL sẽ nối với dây SCL Một ví dụ điển hình cho thiết bị này là module RTC DS1307.
Hình 2.23: Sơ đồ nguyên lý module RTC DS1307
Hình 2.24: Hình ảnh thực tế của module RTC DS1307
Điện áp làm việc từ 3.3V đến 5V;
Bao gồm 1 IC thời gian thực DS1307;
Sử dụng nguồn Pin 3V bên ngoài khi mất điện;
5 pin bao gồm giao thức I2C sẵn sàng cho việc giao tiếp: SDA, SCL, GND, VCC và SQW;
IC DS1307 Có 56 byte Ram trống để người dùng tùy ý sử dụng; ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Sử dụng thạch anh 32768KHz tạo dao động cho IC DS1307;
Nhỏ gọn và dễ sử dụng;
STT Tên chân Chức năng
Kết nối với thạch anh 32.768KHz để tạo dao động cho DS1307
3 Vbat Cực dương của nguồn Pin 3V
5 SDA Đường dữ liệu trong chuẩn giao tiếp I2C
6 SCL Đường xung nhịp trong chuẩn giao tiếp I2C
7 SQW(out) Tạo xung vuông với tần số có thể lập trình được
Bảng 2.3: Tên và chức năng các chân DS1307
DS1307 có 7 thanh ghi (0x00 – 0x06) lưu trữ thông tin thời gian và 1 thanh ghi (0x07) dùng để điều khiển xung tại chân SQW/OUT Việc giao tiếp với DS1307 bao gồm ghi và đọc các thanh ghi này, trong đó các thanh ghi chứa mã BCD của các giá trị thời gian.
Hình 2.25: Thanh ghi thời gian của DS1307 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Tên thanh ghi Địa chỉ thanh ghi
SECONDS 0x00 Bit 0 – Bit 6 chứa giá trị giây, bit 7 (CH) bằng
1 vô hiệ hóa hoạt động trong DS1307
MINUTES 0x01 Chứa giá trị phút
HOURS 0x02 Bit 0 – bit 4 chứa giá trị đơn vị của giờ
Bit 6 nếu bằng 1 là chế độ 12h, nếu bằng 0 là chế độ 24h
Trong chế độ 24h thì bit 4 – bit 5 chứa giá trị chục của giờ
Trong chế độ 12h thì bit 4 chứa giá trị chục của giờ
Bit 5 nếu bằng 0 AM, nếu bằng 1 là PM
DAY 0x03 Chứa giá trị thứ
DATE 0x04 Chứa giá trị ngày
MONTH 0x05 Chứa giá trị tháng
YEAR 0x06 Chứa giá trị năm
Bảng 2.4: Tên và chức năng các thanh ghi thời gian của DS1307
Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0
OUT: lựa chọn mức logic tại chân SQW/OUT khi chức năng SQW không được kích hoạt (SQW = 0) OUT bằng 1 mức logic lên 1, out bằng
SQW = 1, cho phép tạo xung vuông trên chân SQW/OUT, tần số xung vuông được thiết lập bởi bit RS0, RS1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Bảng 2.6: Thiết lập lựa chọn tần số cho SQW ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
