Xem mẫu
- Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014)
Thiết kế và thử nghiệm hệ thống
truyền tin nhắn qua Bluetooth
Văn Thương Nguyễn, Diên Tập Ngô
Trường Đại Học Duy Tân, Khoa Điện Tử Viễn Thông,
K7/25 Đường Quang Trung, Đà Nẵng, Việt Nam, Email: ndtap06@vnn.vn
Khi được kích hoạt, thiết bị Bluetooth có thể tự
Tóm tắt: Gần đây Bluetooth đã được nghiên cứu ở động dò tìm và định vị những thiết bị khác có chung
nhiều nước cả về mặt lý thuyết cũng như ứng dụng, nhiều công nghệ trong vùng xung quanh và kết nối với chúng.
sản phẩm ứng dụng công nghệ Bluetooth đã được các nhà
sản xuất giới thiệu với thị trường. Bài báo giới thiệu một Về mặt thời gian, năm 1994 là năm mà lần đầu tiên
số kết quả trong việc xây dựng một hệ thống truyền tin hãng Ericsson đưa ra một đề án nhằm hợp nhất liên lạc
nhắn bằng Bluetooth giữa một điện thoại và máy tính PC. giữa các loại thiết bị điện tử khác nhau mà không cần
Một khối ghép nối để giao tiếp với máy tính qua Bluetooth phải dùng đến các sợi cáp nối cồng kềnh, phức tạp. Đây
kết hợp với một phần mềm viết trên máy tính cho phép thực chất là một mạng vô tuyến không dây cự ly ngắn
nhận và quản lý tin nhắn nhận được. Hệ thống cho phép chỉ dùng một vi mạch có kích thước cỡ 9mm có thể
truyền nhận tin nhắn cả trong trường hợp mạng di động chuyển các tín hiệu sóng vô tuyến điều khiển thay thế
hoạt động, không hoạt động hoặc sóng rất kém. cho các sợi cáp điều khiển phức tạp.
Từ khoá: Bluetooth, ghép nối máy tính, tin nhắn, truyền Năm 1998: năm công ty lớn trên thế giới bao gồm
nhận dữ liệu. Eric-sson, Nokia, IBM, Intel và Toshiba đã liên kết, hợp
I. ĐẶT VẤN ĐỀ tác thiết kế và cùng tiến hành phát triển một chuẩn công
nghệ kết nối không dây mới mang tên Bluetooth nhằm
Mặc dù gần đây thuật ngữ Bluetooth được nhắc đến kết nối các thiết bị vi điện tử lại với nhau thông qua
nhiều, nhưng hiểu sâu về công nghệ Bluetooth chưa sóng vô tuyến.
phải là một trào lưu phổ biến. Vì vậy chúng tôi muốn
Đến ngày 20/05/1998: nhóm nghiên cứu Special
dùng những lời mở đầu để giới thiệu đôi nét về
Interest Group, viết tắt là SIG, chính thức được thành
Bluetooth. Thuật ngữ Bluetooth bắt nguồn từ tên thời xa
lập với mục đích phát triển công nghệ Bluetooth trên thị
xưa của một nhà vua Đan Mạch - Harald I Bluetooth
trường viễn thông. Bất kỳ công ty nào có kế hoạch sử
(Danish Harald Blatand, 910-985). Harald Bluetooth đã
dụng công nghệ Bluetooth đều có thể tham gia vào.
hợp nhất Đan Mạch và Norway, còn công nghệ
Bluetooth là biểu tượng của sự thống nhất giữa công Tháng 7/1999: các chuyên gia trong SIG đã đưa ra
nghệ máy tính và công nghệ truyền thông đa phương thuyết minh kỹ thuật phiên bản Bluetooth 1.0.
tiện [2].
Năm 2000: SIG đã bổ sung thêm 4 thành viên mới là
Ngày nay, Bluetooth dùng để chỉ một công nghệ 3Com, Lucent Techonologies, Microsoft và Motorola.
không dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giao tiếp Công nghệ Bluetooth đã được cấp dấu chứng nhận kỹ
với nhau trên khoảng cách ngắn, bằng sóng vô tuyến thuật ngay trong lần ra mắt đầu tiên
trên băng tần chung ISM (Industrial, Scientific,
Medical) trong dải tần 2,40 - 2,48 GHz. Đây là dải băng Các cột mốc sự kiện cứ kết tiếp nhau cho đến những
tần không cần đăng ký được dành riêng dùng cho các năm gần đây, Bluetooth được coi là thị trường năng
thiết bị không dây trong công nghiệp, khoa học và y tế. động và sôi nổi trong lĩnh vực truyền thông. Trên mạng
internet [5] có thể dễ dang tìm thấy vô số, cả hình ảnh
Bluetooth được thiết kế nhằm mục đích thay thế dây cũng như mô tả tóm tắt tính năng kỹ thuật, các sản phẩm
cáp giữa máy tính và các thiết bị truyền thông cá nhân, ứng dụng công nghệ Bluetooth
kết nối vô tuyến giữa các thiết bị điện tử lại với nhau
một cách thuận lợi với giá thành thấp. Bluetooth là công Về mặt nghiên cứu, qua các tài liệu tham khảo,
nghệ không dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giao chẳng hạn như [2] và [3] chúng tôi thấy gần như tất cả
tiếp với nhau trên khoảng cách ngắn. các vấn đề lý thuyết đều đã được các công ty, các nhà
nghiên cứu đặt chân đến và nhiều vấn đề đã trở nên khép
Bluetooth được thiết kế nhằm mục đích thay thế dây kín. Vì vậy chúng tôi chọn cách tiếp cận với các ứng
cáp giữa máy tính và các thiết bị truyền thông cá nhân, dụng. Vấn đề được trình bày trong bài báo này là một số
kết nối vô tuyến giữa các thiết bị điện tử lại với nhau kết quả bước đầu trong việc tìm kiếm giải pháp cho việc
một cách thuận lợi với giá thành thấp. truyền và nhận dữ liệu dưới dạng tin nhắn bằng
ISBN: 978-604-67-0349-5 477
- Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014)
Bluetooth. Trong thông báo ban đầu, nội dung nghiên gian 2s, trong khi ở trạng thái ngắt kết nối chỉ có
cứu cũng cần được giới hạn để có thể tập trung vào phần LED màu xanh nhấp nháy 2 lần / s.
nhận; lý do là phần truyền cần có phần tạo ra các ký tự - Tự động kết nối với các thiết bị mới khi bật nguồn.
truyền nhờ bàn phím. Phần truyền không khó về giải
pháp điện tử nhưng phức tạp về mặt cơ khí và đóng gói Chính nhờ sự phong phú của các tính năng cả trên
sản phẩm nên chúng tôi đã chọn luôn một điện thoại di phần cứng cũng như phần mềm mà môđun ghép nối
động để có sẵn bàn phím và khả năng xuất ra tín hiệu máy tính đã trở nên nhỏ gọn và hấp đẫn trong hoạt
dưới dạng Bluetooth. Cuối cùng hệ thống truyền nhận tin động. Sơ đồ nguyên lý của môđun này được mô tả trên
nhắn được thiết kế bao gồm: một điện thoại di động loại hình 1. Phía trên bên trái của sơ đồ là vi mạch MAX232
F19 (của FPT), một khối thu nhận tín hiệu Bluetooth với 16 chân. Phần bên phải là môđun Bluetooth đã được
ghép nối máy tính và một phần mềm để hiển thị và quản thiết kế sẵn với 34 chân. Phần giữa là cổng DB9 dùng
lý tin nhắn nhận được chạy trên máy tính. để ghép nối bản mạch với máy tính.
II. THỰC NGHIỆM Phía dưới gồm hai phần chính là mạch sạc pin nuôi
cho môđun và vi mạch chuyển đổi mức điện áp +5V
Để xây dựng hệ thống thì nhiệm vụ đầu tiên cần giải thành +3,3V cung cấp cho môđun Bluetooth hoạt động.
quyết là thiết kế môđun truyền nhận Bluetooth ghép nối Phần bên phải là cổng USB loại mini dùng cho mạch
máy tính với các khối chức năng sau đây: cấp điện áp +5V từ máy tính PC.
- Khối nguồn nuôi với lối ra có điện áp một chiều Nguyên lý hoạt động của bản mạch:
+3V và +5V ổn định.
Môđun Bluetooth có nhiệm vụ là nhận (hoặc phát)
- Khối nạp pin khi hệ thống cần hoạt động trong
điều kiện cần di chuyển dễ dàng. tín hiệu Bluetooth. Tín hiệu nhận được sẽ được giải mã,
giải điều chế và đưa tín đến chân UART-TxD của
- Khối truyền nhận tín hiệu Bluetooth. môđun. Điện áp +3,3V ổn định, cung cấp cho môđun
- Khối giao tiếp với máy tính PC qua cổng RS-232. Bluetooth hoạt động được lấy từ IC AAP2967-33VR.
- Khối chuyển đổi RS-232/USB để nối với các máy
tính đời mới.
Trong các khối trên, phức tạp nhất sẽ là khối truyền
nhận tín hiệu Bluetooth. Để tiết kiệm thời gian và tăng
độ ổn định của hệ thống chúng tôi đã sử dụng một mô
đun được thiết kế sẵn với các thông số kỹ thuật như sau:
- Khối có độ nhạy -80dBm.
- Công suất truyền tải RF lên đến 4 dBm.
- 1.8V cho chế độ hoạt động tiết kiệm năng lượng và
1,8 đến 3.6V cho I /O.
- PIO điều khiển được.
- Giao diện UART với tốc độ truyền có thể lập trình.
- Tích hợp ăng-ten ngay trên môđun.
Tính năng phần mềm:
- Mặc định tốc độ Baud: 38400 bps, số bit dữ liệu: 8,
số bit stop là 1, không có tính chẵn lẻ, kiểm soát
dữ liệu: có.
- Hỗ trợ tốc độ truyền: 9600; 19200; 38400; 57600;
115200; 230400; 460800.
- Cho một xung dương vào PIO0, thiết bị sẽ bị ngắt
Hình 1: Sơ đồ mạch của khối ghép nối với máy tính.
kết nối.
- Trạng thái cổng PIO1: thấp - ngắt kết nối, cao - MAX232 có nhiệm vụ là đảo tín hiệu từ chân
kết nối; UART-TxD của môđun và làm tương thích mức điện áp
với máy tính. Tín hiệu dữ liệu sau khi đảo sẽ được
- Các chân PIO10 và PIO11 có thể kết nối với LED
truyền đến cổng COM trong máy tính thông qua DB9
màu đỏ và màu xanh riêng. Khi hai thành viên
để hiển thị dữ liệu lên màn hình nhờ phần mềm được
Master và Slave được ghép nối, các LED màu đỏ
chúng tôi viết ra bằng ngôn ngữ C# và sẽ được trình bày
và màu xanh nhấp nháy 1 lần trong khoảng thời
sau đây.
ISBN: 978-604-67-0349-5 478
- Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014)
Trong bản mạch được thiết kế (hình 2), ta có thể bộ các COM đã tìm được vào ComboBox
dùng một chuyển mạch để chọn chế độ hoạt động cho ”cbCom.Items.AddRange(ports); ”
môđun bằng cách: giữ cho chân PIO4 luôn ở mức thấp
(0V) và sử dụng chân PIO5 để thiết lập chế độ hoạt
động cho môđun. Nếu PIO5 được giữ ở mức cao thì
môđun hoạt động ở chế độ Master, còn chân PIO5 ở
mức thấp thì môđun hoạt động ở chế độ Slave.
0 0
2 4 1 3 2
8 5 7 6
5 6 1
0 0
1 2 3 4
2 1 1 1 2 2 1 2 1 1 2
1
2 2
1 2 2 2 1 1 2 1 2 1
1
16 15 14 13 12 11 10 9
6
2
7
3
8
4
9 1 2 3 4 5 6 7 8
5
13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
1 2 1 2
14
2 1 2 1
15
16
17
2 1 1 2
18
19
20
2 1 21
22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
Hình 2: Mạch in được thiết kế bằng Altium 10.
Khi ta cấp nguồn cho bản mạch, nếu chỉ có LED đỏ
sáng có nghĩa là môđun chưa được cấp nguồn. Ta phải
chuyển công tắc để IC AAP2967-33VR hoạt động và
cấp điện áp 3,3V cho môđun đồng thời chọn chế độ hoạt
động cho môđun. Môđun hoạt động thì LED xanh sẽ
nhấp nháy. Nếu ở chế độ Master thì LED xanh nhấp
nháy 500ms, nếu ở chế độ Slave thì 800ms.
Toàn bộ các linh kiện trên sơ đồ, với số lượng không
nhiều, được hàn trên một mạch in như trên hình 2.
Hình 3: Lưu đồ của phần mềm nạp trên máy tính.
Viết phần mềm thu nhận và quản lý tin nhắn.
- ComboBox BaudRate: ta cũng tạo một mảng để
Để đưa bản mạch vào hoạt động còn cần đến một chứa tất cả các giá trị tốc độ Baud:
phần mềm được viết bằng ngôn ngữ C# và nạp trên máy
tính PC. Lưu đồ của phần mềm được mô tả trên hình 3. string[ ] BaudRate = { "1200", "2400", "4800",
Tên của các khối và các mũi tên đã chỉ cho ta hoạt động "9600", "19200", "38400", "57600", "115200" };
của phần mềm.
Tương tự ta cũng tạo dữ liệu cho các ComboBox khác :
Cấu trúc của chương trình gồm các ComboBox,
Button và TextBox: - ComboBox DataBit: 6; 7; 8.
- ComboBox Parity: None, Odd, Even.
- COM, BaudRate, Data Bit, Parity, Stop Bit là các
ComboBox. - ComboBox Stopbit: 1; 1.5; 2.
- Kết nối, Ngắt, Clear và Send là các Button.
- Còn lại 2 ô trống chính là các TextBox. Tiếp theo các hàm được xây dựng cùng với thủ tục cho
việc truyền nhận dữ liệu qua COM; cụ thể:
Đầu tiên ta khai báo 1 Object SerialPort mới bằng lệnh:
- Nhấn nút “Kết nối” và kiểm tra xem COM đã mở
SerialPort P = new SerialPort(); chưa.
Bước tiếp là ta tạo dữ liệu cho các comboBox: - Nếu cổng COM mở thì cho phép truyền nhận dữ
liệu. Nếu chưa mở cổng COM thì thông báo
- ComboBox COM: tạo môt mảng string để chứa tất “Không kết nối được” và ta phải chọn các thông
cả các cổng đang có trên máy ”string[ ] ports = số lại chính xác để kết nối đúng cổng COM đang
SerialPort.GetPortNames( );” rồi ta thêm toàn mở và các thông số khác.
ISBN: 978-604-67-0349-5 479
- Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014)
quá xa với. Khoảng cách mà từ đó dịch đi xa hơn sẽ
không nhận được tin nhắn được gọi là khoảng cách
truyền lớn nhất.
Hình 4: Màn hình khởi động để chọn các thông số phù hợp.
Tất cả các dữ liệu nhận được từ môđun đều hiển thị
vào ô trống lớn ở trên chương trình. Ô trống nhỏ để ta
nhập dữ liệu muốn truyền đi. Sau khi nhập xong ta nhấn
nút “Send” thì dữ liệu sẽ được truyền đến môđun. Hình
5 hiện rõ hai dòng tin nhắn được gửi đi từ điện thoại
F19
Hình 5: Môđun nhận dữ liệu từ điện thoại
F19 và được hiển thị lên màn hình. Hình 5: Toàn bộ hệ thống được ghép nối với
Việc truyền nhận dữ liệu đã xong thì ta nhấn nút máy tính PC để thử nghiệm và đánh
“Ngắt” để đóng cổng COM và dừng kết nối. giá.
III. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ ĐÁNH GIÁ Về khoảng cách truyền lớn nhất: kết quả khảo sát
cho thấy khoảng cách này không giống nhau trong
Hệ thống truyền nhận Bluetooth sau khi thiết kế, lắp những lần thử nghiệm, với giá trị nằm trong khoảng 8-15
ráp được mô tả trên hình 5. Do máy tính PC được sử mét. Những yếu tố đã ảnh hưởng đến khoảng cách
dụng để đánh giá hoạt động của hệ thống không có cổng truyền là: độ ẩm không khí, vật cản trên đường truyền,
nối tiếp RS-232 nên một mạch chuyển đổi RS-232/USB trong đó phải quan tâm cụ thể đến kích thước và vật liệu
(không có trong hình 1) được bổ sung thêm. làm ra vật cản. Trong trường hợp bộ nhận bị che khuất
Việc đánh giá khả năng hoạt động của hệ thống được (một phần hoặc hoàn toàn) thì khoảng cách rất ngắn,
tiến hành qua những bước khảo sát sau: thậm chí không nhận được tin nhắn.
- Mức độ mắc lỗi, được hiểu là sai hoặc mất ký tự Để khảo sát kỹ hơn về khoảng cách truyền cực đại,
truyền. các tài liệu tham khảo đã chỉ cho chúng tôi một khả
năng tăng được khoảng cách truyền có hiệu quả là sử
- Khoảng cách truyền/ nhận lớn nhất, tính bằng mét. dụng bộ lặp (repeater). Trong các bộ lặp, khoảng cách
- Khả năng mở rộng khoảng cách truyền. truyền được nâng lên nhờ sử dụng các môđun công suất,
thí dụ môđun ASD-559 (thông báo cá nhân) cho phép
Về tiêu chí thứ nhất, chúng tôi không gặp một trường tăng khoảng cách truyền đến 2000m (xem hình 6). Các
hợp mắc lỗi nào đối với các thông báo nhận được. Các thông số kỹ thuật của môđun ASD-559:
lần thử nghiệm đều cho thấy các thông báo hoặc là nhận
được đầy đủ các ký tự đã truyền khi khoảng cách truyền - Bluetooth 2.0 + EDR.
cho phép hoặc là không nhận được gì khi khoảng cách - Tiêu chuẩn kết nối USB.
ISBN: 978-604-67-0349-5 480
- Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014)
- Có thể làm việc với Windows, Linux, và Mac OS VI. KẾT LUẬN
X.
Bài báo là kết quả của quá trình tìm hiểu sâu về
- Khoảng cách phủ sóng đến 2000m. công nghệ Bluetooth, một công nghệ không dây đã và
- Nhờ ăngten có khả năng mở rộng phạm vi lên đến đang phát triển rất mạnh và được ứng dụng rộng rãi hiện
10 km. nay, nắm được cách thức hoạt động, các đặc điểm kỹ
- Không cần nguồn ngoài khi dùng khoảng cách thuật và khả năng của công nghệ Bluetooth. Thêm vào
ngắn. đó là một số kiến thức về các kỹ thuật mạng không dây
khác. Tất cả đã cho phép nhóm tác giả hinh thành một
- Vỏ nhôm để giảm nhiễu và tăng độ nhạy. ứng dụng truyền nhận tin nhắn qua Bluetooth.
- Mở rộng phạm vi của các thiết bị bluetooth xung
quanh. Hệ thống truyền nhận dữ liệu bằng Bluetooth được
thiết kế trong khuôn khổ bài báo cho phép truyền nhận
- Tối ưu hóa cho hệ thống bluetooth, nhanh chóng tin nhắn trên khoảng cách 8-15 mét; một khoảng cách
và ổn định. xa hơn, đến 2000m có thể đạt được khi sử dụng một bộ
lặp (repeater) thích hợp. Một phím chuyển đổi chức
năng của khối truyền nhận Bluetooth có thể cho phép
truyền nhận tin nhắn theo cả hai hướng. Những kết quả
ban đầu tuy còn ở mức khiêm tốn nhưng đã có thể gợi
mở một số khả năng ứng dụng thực tế cho hệ thống.
Các ứng dụng đang được hoàn thiện để trở nên hấp dẫn
hơn bằng việc các dữ liêu được truyền là âm thanh, hình
ảnh cùng với sự mã hoá để bảo mật được thông tin cần
truyền.
LỜI CÁM ƠN
Nhóm tác giả xin bày tỏ lòng cám ơn tới các Thày
Cô ở Khoa Điện Tử Viễn Thông của Trường Đại học
Duy Tân đã có những ý kiến đóng góp quý báu giúp cho
nội dung bài báo được hoàn thiện.
V. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Ngô Diên Tập: Vi điều khiển với lập trình C, Nhà xuất bản Khoa
học Kỹ Thuật, Hà Nội, 2005.
[2] Đặng Minh Thắng, Chu Nguyên Tú: Xây dựng hệ thống điều khiển
máy tính từ xa sử dụng công nghệ Bluetooth, Luận văn cử nhân
tin học, 2004, Đại học Khoa học Tự nhiên TP.Hồ Chí Minh..
Hình 6: Bộ lặp cho phép truyền dữ liệu [3] Charlie White, Bluetooth: Past, Present and Future, CEN talks
Bluetooth đi xa 2000m. with Mike Foley, Executive Director, Bluetooth SIG, 2005.
Rõ ràng với giải pháp bộ lặp, khoảng cách truyền [4] Jaap C. Haartsen (Bluetooth SIG), Bluetooth Voice and Data
nhận dữ liệu có thể tăng lên nhiều lần, kéo theo việc mở Performance in 802.11 DSSS WLAN Environment.
rộng phạm vi ứng dụng của việc truyền nhận dữ liệu nói [5] http://www.bluetooth.com
chung và tin nhắn nói riêng bằng cách sử dụng công
nghệ Bluetooth.
ISBN: 978-604-67-0349-5 481
nguon tai.lieu . vn
