NGHIÊN cứu, THIẾT kế, CHẾ tạo mô HÌNH ROBOT điều KHIỂN từ XA BẰNG GIỌNG nói
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.58 MB, 58 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
—————-
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH
ROBOT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG GIỌNG NÓI
Giáo viên hướng dẫn: ThS. Lê Văn Chương
Sinh viên thực hiện:
MSSV:
Lớp
Phan Hữu Lâm
1151083798
:
52K – ĐTVT
Nghệ An, 2016
1
LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo ThS. Lê Văn Chương đã tận tình
hướng dẫn và định hướng cho em trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành đề tài
này một cách tốt nhất.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện Tử Viễn Thông
đã nhiệt tình, tận tụy dạy dỗ, cung cấp cho em những kiến thức nền vững chắc trong
suốt 5 năm học qua.
Thời gian thực hiện đồ án có hạn nên mặc dù em đã cố gắng để hoàn thành đồ
án một cách tốt nhất nhưng vẫn không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong các
thầy cô trong khoa tận tình chỉ bảo và góp ý kiến để đồ án này được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin kính chúc quý thầy, cô sức khỏe và thành công nhiều hơn
nữa trong sự nghiệp giáo dục cao quý.
Em xin chân thành cảm ơn!
2
MỤC LỤC
TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA……………………………..9
1.1. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA…………………………………9
CHƯƠNG 2……………………………………………………………………………………………….29
HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID VÀ DỊCH VỤ GOOGLE VOICE……………………….29
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT……………………………………………………45
ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG GIỌNG NÓI…………………………………………………..45
3
TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Đồ án nghiên cứu về hệ thống điều khiển từ xa bằng Bluetooth, các kiến thức
cơ bản về board mạch Arduino để thiết kế, chế tạo mô hình Robot. Nghiên cứu về
hệ điều hành android để từ đó thiết kế phần mềm điều khiển bằng giọng nói trên
smartphone ứng dụng vào điều khiển mô hình Robot từ xa bằng giọng nói thông
qua kết nối Bluetooth.
ABSTRACT
The thesis research about the Bluetooth remote control system, the basics
knowledge of Arduino circuit for designing and manufacturing the Robot model.
Researching about the android operating system in order to design remote control
software by voice on smartphone applying to Robot model remote controll by voice
via Bluetooth.
4
MỞ ĐẦU
Ngày nay, các hệ thống Robot đóng một vai trò quan trọng trong việc phát
triển và sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật công nghệ. Robot đã được ứng dụng rộng
rãi trong quân sự, công nghiệp và nông nghiệp để thay thế con người làm việc trong
những môi trường độc hại, nguy hiểm.
Bên cạnh đó, hiện nay các công nghệ nhận dạng giọng nói đang phát triển
mạnh mẽ và ứng dụng rộng rãi như Google voice, Via voice,… thì việc điều khiển
từ xa bằng giọng nói sẽ được ứng dụng nhiều trong cuộc sống. Xuất phát từ những
nhận định trên nên em đã chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình
Robot điều khiển từ xa bằng giọng nói” làm đồ án tốt nghiệp.
Nội dung đồ án được trình bày trong 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về các hệ thống điều khiển từ xa
Chương 2: Hệ điều hành Android và dịch vụ Google voice
Chương 3: Thiết kế, chế tạo mô hình Robot điều khiển từ xa bằng giọng nói
Mặc dù có nhiều cố gắng, tuy nhiên do thời gian và điều kiện thực hiện còn
nhiều hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những sai sót trong cách trình bày cũng
như phần thể hiện rất mong thầy, cô và các bạn góp ý và bổ sung thêm để đồ án
hoàn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn!
Nghệ an, ngày 23 tháng 05 năm 2016
Sinh viên thực hiện
Phan Hữu Lâm
5
DANH SÁCH HÌNH VẼ
6
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Bảng
Bảng 1.1
Bảng 2.1
Bảng 3.1
Bảng 3.2
Bảng 3.3
Hình 3.4
Tên bảng
Các phiên bản Bluetooth
Các phiên bản của hệ điều hành Android
Một vài thông số của board mạch Arduino Uno R3
Thông số kỹ thuật của ATMEGA328
Giá trị các motor tương ứng với các chức năng
Đặc điểm kỹ thuật của module Bluetooth HC05
Trang
16
31
47
48
49
51
7
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
ERD
IOT
PIN
MAC
AMA
PMA
ACL
SCO
FHSS
TS
FEC
BEC
LMP
NLP
I/O
DC
RX
TX
PWM
Từ đầy đủ
Enhanced data rate
Internet of things
Persional identification Number
Nghĩa
Tốc độ dữ liệu nâng cao
Số nhận dạng cá nhân
Kiểm soát truy cập phương tiện
Media Access Control
truyền thông
Active Member Address
Thành viên địa chỉ
Packed Member Address
Đóng gói thành viên địa chỉ
Asynchronous connectionless
Kết nối không đồng bộ
Synchronous connection-oriented Kết nối đồng bộ có hướng
Frequency Hopping Spectrum
Kỹ thuật trải phổ nhảy tần số
Timeslot
Khe thời gian
Forward Error Correction
Sửa lỗi chuyển tiếp
Backward Error Control
Kiểm soát lỗi ngược
Link Manament Protocol
Giao thức quản lý liên kết
Natural Language Processing
Xử lý ngôn ngữ tựnhiên
Input/Output
Vào/Ra
Direct Current
Một chiều
Receiver
Thu
Transmitter
Phát
Pulse width modulation
Điều chế độ rộng xung
8
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA
1.1. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA
Hệ thống điều khiển từ xa là một hệ thống cho phép ta điều khiển các thiết bị
từ một khoảng cách xa. Ví dụ hệ thống điều khiển bằng vô tuyến, hệ thống điều
khiển bằng tia hồng ngoại, hệ thống điều khiển từ xa bằng Bluetooth, hệ thống điều
khiển từ xa bằng cáp quang, dây dẫn.
Sơ đồ kết cấu hệ thống điều khiển từ xa nói chung bao gồm:
– Thiết bị phát: Biến đổi lệnh điều khiển thành tin tức và phát đi, ở trong thiết
kế này em sử dụng thiết bị phát thiết bị phát là điện thoại Android.
– Đường truyền: Đưa tín hiệu điều khiển từ thiết bị phát đến thiết bị thu. Trong
thiết kế em sử dụng Bluetooth.
– Thiết bị thu: Nhận tín hiệu điều khiển từ đường truyền, qua quá trình biến
đồi, biến dịch để tái hiện lại lệnh điều khiển rồi đưa đến các thiết bị thi hành. Trong
thiết kế của em thì thiết bị thu là module Bluetooth HC05.
Hình 1.1. Sơ đồ kết cấu hệ thống điều khiển từ xa
Nhiệm vụ cơ bản của các hệ thống điều khiển từ xa:
– Phát tín hiệu điều khiển
– Sản sinh ra xung hoặc hình thành các xung cần thiết.
– Tổ hợp xung thành mã.
– Tổ hợp xung thành mã.
– Ở điểm chấp hành (thiết bị thu) sau khi nhận được mã phải biến đổi các mã
nhận được thành các lệnh điều khiển và đưa đến các thiết bị đồng thời kiểm tra sự
chính xác của mã mới nhận.
1.1.1. Một số vấn đề cơ bản trong hệ thống điều khiển từ xa
Do hệ thống điều khiển từ xa có những đường truyền dẫn xa nên ta phải
9
nghiên cứu về kết cấu hệ thống để đảm bảo tín hiệu được truyền đi chính xác và
nhanh chóng theo những yêu cầu sau:
1.1.1.1. Kết cấu tin tức
Trong hệ thống điều khiển từ xa độ tin cậy truyền dẫn tin tức có quan hệ nhiều
đến đến kết cấu tin tức. Nội dung về kết cấu tin tức có hai phần: Về lượng và về
chất. Về lượng là cách biến lượng điều khiển và lượng điều khiển thành loại xung gì
cho phù hợp, và những xung đó cần áp dụng những phương pháp gì cho phù hợp, và
những xung đó cần áp dụng những phương pháp nào để hợp thành tin tức, để có
dung lượng lớn nhất và tốc độ truyền nhanh nhất.
1.1.1.2. Về kết cấu hệ thống
Để đảm bảo các yêu cầu về kết cấu tin tức, hệ thống điều khiển từ xa có các
yêu cầu sau:
– Tốc độ làm việc nhanh
– Kết cấu phải đơn giản
– Thiết bị phải an toàn, tin cậy
Hệ thống điều khiển từ xa có hiệu quả cao là hệ thống đạt tốc độ điều khiển
cực đại, đồng thời đảm bảo độ chính xác trong phạm vi cho phép.
1.1.2. Phương pháp mã hóa trong điều khiển từ xa
Trong hệ thống truyền thông tin rời rạc hoặc truyền thông tin liên tục nhưng đã
được rời rạc hóa tin tức thường phải được biến đổi thông qua một phép biến đổi
thành số (thường là nhị phân) rồi mã hóa và được phát đi từ thiết bị phát. Ở thiết bị
thu, các tín hiệu phải thông qua các phép biến đổi ngược lại với các phép biến đổi
trên: giải mã, liên tục hóa,…
1.2. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỪ XA
1.2.1. Điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại
Hầu hết các thiết bị trong gia đình đều sử dụng loại điều khiển từ xa bằng
hồng ngoại như tivi, điều hòa, quạt,…
– Tia hồng ngoại: Là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường, tia
hồng ngoại có vận tốc truyền bằng vận tốc ánh sáng. Tia hồng ngoại có thể truyền đi
được nhiều kênh tín hiệu. Nó ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Lượng thông tin
có thể đạt được tới 3Mbit/s.
10
Hình 1.2. Tv sử dụng điều khiển bằng hồng ngoại
Nguồn phát hồng ngoại: Các nguồn sáng nhân tạo như Diode, laser, đèn huỳnh
quang, photodiode. Linh kiện thu sóng hồng ngoại: Quang điện trở, phototransistor,
photodiode.
Hình 1.3. Module thu phát hồng ngoại
– Nguyên lý cơ bản của loại điều khiển từ xa này là sử dụng ánh sáng hồng
ngoại của quang phổ điện từ mà mắt thường không thấy được để chuyển tín hiệu
đến thiết bị cần điều khiển. Nó đóng vai trò như một bộ phát tín hiệu, sẽ phát ra các
xung ánh sáng hồng ngoại mang một mã số nhị phân cụ thể. Khi ta ấn một nút phía
bên ngoài thì sẽ vận hành một chuỗi các hoạt động khiến các thiết bị cần điều khiển
sẽ thực hiện lệnh của nút bấm đó.
11
– Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp điều khiển từ xa bằng tia
hồng ngoại:
– Ưu điểm:
+ Không dây dẫn
+ Led phát và thu nhỏ gọn, dễ thiết kế lắp đặt và có độ tin cậy cao
+ Áp cung cấp thấp, công suất tiêu tán nhỏ
+ Điều khiển được nhiều thiết bị
+ Tính khả thi cao, linh kiện dễ tìm thấy và thi công dễ
– Nhược điểm:
+ Tầm xa bị hạn chế
+ Dòng điện cao tức thời
+ Nhiều hồng ngoại do các nguồn nhiệt xung quanh ta phát ra, nên có ảnh
hưởng và hạn chế tầm phát. Do đó chỉ dùng trong phòng, kho và nơi ít bị ảnh hưởng
của nhiệt độ môi trường
+ Hạn chế khi bị vật cản nên không thể truyền được xa
1.2.2. Điều khiển từ xa bằng Bluetooth
Công nghệ Bluetooth đã được ứng dụng vào điều khiển các thiết bị và đang
phổ biến rộng rãi. Hầu hết các thiết bị thông minh đều tích hợp công nghệ Bluetooth
vào để có thể trao đổi dữ liệu, điều khiển từ xa,…
Hình 1.4. Chụp ảnh từ xa trên điện thoại bằng điều khiển qua bluetooth
12
Hình 1.5. Điều khiển Robot bằng điện thoại qua Bluetooth
Một số ưu điểm và nhược điểm của điều khiển từ xa bằng bluetooth:
– Ưu điểm
+ Tiêu thụ năng lượng thấp.
+ Cho phép ứng dụng được nhiều loại thiết bị cầm tay và điện thoại di động
+ Giá thành ngày một giảm.
+ Khoảng cách giao tiếp cho phép giữa 2 thiết bị kết nối có thể lên đến 100m
+ Sử dụng băng tần 2.4GHz, tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới 1Mbps mà các
thiết bị không cần phải trực tiếp thấy nhau.
+ Tính tương thích cao và được nhiều nhà sản xuất phần cứng cũng như phần
mềm hỗ trợ.
– Nhược điểm
+ Khoảng cách kết nối còn ngắn so với công nghệ mạng không dây khác.
+ Chỉ kết nối được 2 thiết bị với nhau, không kết nối được thành mạng.
1.2.3. Điều khiển từ xa bằng wifi
Trong những năm gần đây công nghệ truyền nhận dữ liệu không dây đang có
những bước phát triển mạnh mẽ, góp công lớn trong việc phát triển các hệ thống
điều khiển, giám sát từ xa, đặc biệt là các hệ thống thông minh. Hiện nay, có khá
nhiều công nghệ không truyền nhận dữ liệu không dây như RF, Wifi, Bluetooth,
NFC,…Trong đó, Wifi là một trong những công nghệ được phát triển rất nhanh
chóng và mạnh mẽ trong các hệ thống thông minh.
13
Vì vậy việc điều khiển từ xa bằng wifi sẽ được phát triển nhanh chóng và
được sử dụng rộng rãi trong tương lai.
Hình 1.6. Các thiết bị trong gia đình điều khiển qua wifi
Một số ưu điểm của điều khiển từ xa bằng wifi:
– Ưu điểm
+ Điều khiển khoảng cách xa
+ Có thể điều khiển được nhiều thiết bị một lúc
+ Cho phép ứng dụng được nhiều loại thiết bị cầm tay và điện thoại di động
+ Giá thành rẻ
+ Tính tương thích cao và được nhiều nhà sản xuất phần cứng cũng như phần
mềm hỗ trợ.
1.2.4. Điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến
Hình 1.7. Bộ điều khiển sóng RF một thiết bị
14
– Hệ thống điều khiển từ xa dùng sóng vô tuyến bao gồm máy phát và máy
thu. Máy phát có nhiệm vụ phát ra lệnh điều khiển truyền ra môi trường dưới dạng
sóng điện từ mang theo tin tức điều khiển. Máy thu thu tín hiệu từ môi trường, xử lý
và đưa ra lệnh điều khiển đến mạch chấp hành. Đặc điểm của hệ thống này là phải
dùng Anten để bức xạ tín hiệu đối với máy phát và thu tín hiệu đối với máy thu.
– Nguyên lý hoạt động:
Với loại điều khiển này, nó cũng sử dụng nguyên lý tương tự như điều khiển
bằng tia hồng ngoại nhưng thay vì gửi đi các tín hiệu ánh sáng, nó lại truyền sóng
vô tuyến tương ứng với các lệnh nhị phân. Bộ phận thu sóng vô tuyến trên thiết bị
được điều khiển nhận tín hiệu và giải mã nó. So với loại điều khiển IR, lợi thế lớn
nhất của nó chính là phạm vi truyền tải rộng, có thể sử dụng cách thiết bị cần điều
khiển đến hơn 30 mét đồng thời có thể điều khiển xuyên tường, kính.
– Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến:
– Ưu điểm:
+ Truyền tín hiệu với khoảng cách xa
+ Không bị ảnh hưởng bởi vật cản
+Tầm phát rộng nhiều hướng khác nhau nên có thể điều khiển nhiều thiết bị
cùng một lúc.
– Nhược điểm:
+ Hệ thống phức tạp khi có thêm anten
+ Hay bị ảnh hưởng nhiễu gây méo hoặc sai tín hiệu
+ Mã hóa phức tạp hơn
1.3. ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG BLUETOOTH
1.3.1. Công nghệ truyền thông không dây Bluetooth
1.3.1.1. Sự ra đời Bluetooth
Bluetooth hiện tại là công nghệ giao tiếp không dây phổ biến nhất trên các
thiết bị di động và có lẽ bạn cũng đã ít nhất một lần truyền nhận dữ liệu hay nghe
nhạc qua Bluetooth. Gần một nghìn năm sau cái chết của vua Harald Bluetooth, vị
vua người Thụy Điển đã thống nhất được các vùng đất tại bán đảo Scandinavia để
quy về một mối dưới triều đại Viking vào thế kỷ thứ 10, năm 1994 hãng công nghệ
Thụy Điển, Ericsson, đã nảy ra cái tên Bluetooth cho công nghệ không dây mà họ
15
đang phát triển với mong muốn rằng công nghệ này có thể thực hiện được sứ mệnh
“chuẩn hóa” và thống nhất các kết nối không dây giữa những nhà sản xuất thiết bị
cầm tay. Logo Bluetooth là sự kết hợp của 2 ký tự Rune cổ: (Hagall) và (Bjarkan)
tương đương với 2 ký tự H và B trong chữ Latin là viết tắt của Harald Bluetooth.
Sau đó, Bluetooth được liên minh Bluetooth SIG với các thành viên chính là những
hãng sản xuất phần cứng lớn nhất thời bấy giờ như Nokia, Ericsson, Intel, IBM,
Toshiba… và công bố phiên bản đầu tiên vào năm 1998.
1.3.1.2. Các phiên bản Bluetooth
Bảng 1.1. Các phiên bản Bluetooth
Phiên bản
Bluetooth 1.0
Chi tiết
Là phiên bản đầu tiên của chuẩn kết nối Bluetooth được
đưa vào sử dụng với tốc độ truyền tải dữ liệu là 1Mbs, tuy
nhiên thực tế tốc độ của phiên bản này chỉ đạt được mức
720kbs.
Là phiên bản nâng cấp sau Bluetooth 1.0 được nâng cấp
tốc độ truyền tải lên 2.1 Mbs cùng với chế độ truyền tải
Bluetooth
2.0+ERD
mới ERD (enhanced data rate). Phiên bản 2.1 được nâng
cấp về tốc độ truyền tải nhưng lại hạn chế trên thiết bị sử
dụng do ERD chỉ là chế độ tùy chọn, một số nhà sản xuất
đã không đưa chế độ này vào sản phẩm của mình để giảm
chi phí sản xuất.
Được nâng cấp từ Bluetooth 2.0 vào năm 2007 với thay
đổi quan trọng như hiệu năng cao hơn, giảm điện năng tiêu
Bluetooth
thụ. Phiên bản này được sử dụng trên các thiết bị như điện
2.1+ERD
thoại di động, laptop, tai nghe ….. Tuy nhiên, Bluetooth
2.1 vẫn chưa cho người dùng truyền tải các tập tin có dung
lượng lớn.
Năm 2009 buetooth 3.0 ra đời với thay đổi lớn về tốc độ
Bluetooth
truyền tải, đạt 24Mbps ở phiên bản này các thiết bị có thể
3.0+HS
tương tác dễ dàng với nhau hơn, có thể tự dò tìm các thiết
Bluetooth 4.0
bị ở gần.
Là sự kết hợp của các đời Bluetooth trước đó với nhau.
Bluetooth 4.0 đạt tốc độ truyền tải lên đến 25Mbps, dễ
dàng ghép đôi các thiết bị với nhau, hiệu năng tiêu thụ
16
Phiên bản
Bluetooth 4.1
Chi tiết
thấp. Đây là chuẩn Bluetooth được sử dụng trên hầu hết
các thiết bị hiện nay.
Là phiên bản mới nhất ra đời đầu năm 2014 với nhiều cải
tiến vượt bậc so với Bluetooth 4.0.
Bluetooth v4.2 được phát hành vào 02 tháng 12, năm
2014. Nó giới thiệu một số tính năng quan trọng cho IOT
(internet of things). Một số tính năng, chẳng hạn như dữ
Bluetooth 4.2
liệu chiều dài mở rộng, yêu cầu cập nhật phần cứng.Tuy
nhiên, một số phần cứng Bluetooth cũ có thể nhận được
một số tính năng Bluetooth v4.2, chẳng hạn như cập nhật
bảo mật thông qua firmware.
1.3.2. Các vấn đề bảo mật trong công nghệ Bluetooth
1.3.2.1. Bảo mật
Khi sử dụng công nghệ Bluetooth, chắc hẳn mọi người ai cũng quan tâm đến
vấn đề bảo mật của nó. Tùy thuộc vào cách nó được cấu hình mà công nghệ
Bluetooth có thể khá an toàn, tuy nhiên nhiều thiết bị Bluetooth có số lượng ngắn
các chữ số sử dụng trong mã PIN có thể gây nguy hiểm cho các thiết bị này. Nếu ai
đó có thể phát hiện ra thiết bị Bluetooth của bạn, thì người này hoàn toàn có khả
năng gửi các tin nhắn không yêu cầu và lạm dụng dịch vụ Bluetooth hoặc xâm nhập
hay sửa đổi dữ liệu của bạn. Các virut hoặc các mã nguy hiểm khác cũng có thể lợi
dụng công nghệ này để làm hại thiết bị. Nếu đã bị xâm nhập, dữ liệu của bạn có thể
sẽ bị sửa đổi, làm tổn hại hay bị đánh cắp hoặc mất.
1.3.2.2. Phương pháp bảo vệ
Vô hiệu hóa Bluetooth khi không sử dụng chúng. Trừ khi bạn kích hoạt việc
truyền tải thông tin từ thiết bị này đến một thiết bị khác, nếu không bạn nên vô hiệu
hóa công nghệ này để tránh những người không hợp lệ có thể xâm nhập.
Sử dụng Bluetooth trong chế độ ẩn, khi kích hoạt Bluetooth hãy đặt nó trong
trạng thái “ không thể phát hiện “. Chế độ ẩn nhằm ngăn chặn các thiết bị khác nhận
ra thiết bị của bạn. Điều này không ngăn cản bạn kết nối đến các thiết bị Bluetooth
khác. Thậm chí cả hai cũng có thể nhận ra nhau để kết nối nếu chúng cùng trong
chế độ ẩn.
17
Các thiết bị như điện thoại di động và tai nghe không dây cần phải đặt trong
chế độ “ không phát hiện “ kết nối ban đầu thì chúng luôn nhận ra thiết bị kia mà
không cần tìm kiếm lại kết nối nữa cho lần tiếp theo.
Cẩn thận với những nơi sử dụng Bluetooth. Cần phải quan tâm đến môi trường
khi ghép đôi thiết bị của bạn hoặc hoạt động trong chế độ có thể phát hiện.
Đánh giá các thiết lập bảo mật hầu hết các thiết bị đều có nhiều đặc tính giúp
trang bị cần thiết cho bản thân, vô hiệu hóa bất kỳ tính năng hoặc các kết nối không
cần thiết có thể. Kiểm tra các thiết lập, thiết lập bảo mật đặc biệt và lựa chọn các tùy
chọn cần thiết đối với bạn mà không gây ra mức rủi ro cao.
Khai thác triệt để các tùy chọn bảo mật. Tìm hiểu kỹ các tùy chọn bảo mật mà
thiết bị Bluetooth của bạn có thể cung cấp, từ đó khai thác triệt để những tính năng
tác dụng của chúng như sự mã hóa và thẩm định.
1.3.3. Các khái niệm trong công nghệ Bluetooth
1.3.3.1. Master Unit
Là thiết bị duy nhất trong 1 Piconet, Master thiết lập đồng hồ đếm xung và
kiểu bước nhảy (hopping) để đồng bộ tất cả các thiết bị trong cùng piconet mà nó
đang quản lý, thường là thiết bị đầu tiên chuyển đổi dữ liệu. Master cũng quyết định
số kênh truyền thông. Mỗi Piconet có một kiểu hopping duy nhất.
1.3.3.2. Slaver Unit
Là tất cả các thiết bị còn lại trong piconet, một thiết bị không là Master thì
phải là Slave. Tối đa 7 Slave dạng Active và 255 Slave dạng Parked (Inactive) trong
1 Piconet. Có 3 dạng Slave trong một Piconet:
– Active: Slave hoạt động, có khả năng trao đổi thông tin với Master và các
Slave Active khác trong Piconet. Các thiết bị ở trạng thái này được phân biệt thông
qua 1 địa chỉ MAC (Media Access Control) hay AMA (Active Member Address ) đó là con số gồm 3 bit. Nên trong 1 Piconet có tối đa 8 thiết bị ở trang thái này (1
cho Master và 7 cho Slave).
– Standby: Standby là một dạng inactive, thiết bị trong trạng thái này không
trao đổi dữ liệu, sóng radio không có tác động lên, công suất giảm đến tối thiểu để
tiết kiệm năng lượng, thiết bị không có khả năng dò được bất cứ mã truy cập nào.
Có thể coi là những thiết bị trong nằm ngoài vùng kiểm soát của Master.
18
– Parked: Là một dạng inactive, chỉ 1 thiết bị trong 1 Piconet thường xuyên
được đồng bộ với Piconet, nhưng không có 1 địa chỉ MAC. Chúng như ở trạng thái
“ngủ” và sẽ được Master gọi dậy bằng tín hiệu “beacon” (tín hiệu báo hiệu). Các
thiết bị ở trạng thái Packed được đánh địa chỉ thông qua địa chỉ PMA (Packed
Member Address). Đây là con số 8 bits để phân biệt các packed Slave với nhau và
có tối đa 255 thiết bị ở trạng thái này trong 1 Piconet.
1.3.3.3. Piconet
Picotnet là tập hợp các thiết bị được kết nối thông qua kỹ thuật Bluetooth theo
mô hình Ad-Hoc (đây là kiểu mạng được thiết lập cho nhu cầu truyền dữ liệu hiện
hành và tức thời, tốc độ nhanh và kết nối sẽ tự động huỷ sau khi truyền xong).
Trong 1 Piconet thì chỉ có 1 thiết bị là Master. Đây thường là thiết bị đầu tiên tạo
kết nối, nó có vai trò quyết định số kênh truyền thông và thực hiện đồng bộ giữa các
thành phần trong Piconet, các thiết bị còn lại là Slave. Đó là các thiết bị gửi yêu cầu
đến Master. Lưu ý rằng, 2 Slave muốn thực hiện liên lạc phải thông qua Master bởi
chúng không bao giờ kết nối trực tiếp được với nhau, Master sẽ đồng bộ các Slave
về thời gian và tần số. Trong 1 Piconet có tối đa 7 Slave đang hoạt động tại 1 thời
điểm.
Minh hoạ một Piconet gồm nhiều Slave:
Hình 1.8. Kiến trúc piconet trong Bluetooth
1.3.3.4. Scatternet
Là 2 hay nhiều Piconet độc lập và không đồng bộ, các Piconet này kết hợp lại
truyền thông với nhau.
19
Một thiết bị có thể vừa là Master của Piconet này, vừa là Slave của Piconet
khác. Vai trò của 1 thiết bị trong Piconet là không cố định, có nghĩa là nó có thể
thay đổi từ Master thành Slave và ngược lại, từ Slave thành Master. Ví dụ nếu
Master không đủ khả năng cung cấp tài nguyên phục vụ cho Piconet của mình thì
nó sẽ chuyển quyền cho 1 Slave khác giàu tài nguyên hơn, mạnh hơn, bởi vì trong 1
piconet thì Clock và kiểu Hopping đã được đồng bộ nhau sẵn.
Ví dụ một Scatternet:
Hình 1.9. Một Scatternet gồm 2 Piconet
1.3.4. Định nghĩa các liên kết vật lý trong bluetooth
– Asynchronous connectionless (ACL): Được thiết lập cho việc truyền dữ liệu,
những gói dữ liệu cơ bản (primarily packet data). Là một kết nối point to multipoint
giữa Master và tất cả các Slave tham gia trong piconet. Chỉ tồn tại duy nhất một kết
nối ACL. Chúng hỗ trợ những kết nối chuyển mạch gói (packet-switched
connection) đối xứng và không đối xứng. Những gói tin đa khe dùng ACL link và
có thể đạt tới khả năng truyền tối đa 723 kbps ở một hướng và 57.6 kbps ở hướng
khác. Master điều khiển độ rộng băng tầng của ACL link và sẽ quyết định xem
trong một piconet một slave có thể dùng băng tầng rộng bao nhiêu. Những gói tin
broadcast truyền bằng ACL link, từ master đến tất cả các slave. Hầu hết các gói tin
ACL đều có thể truyền lại.
– Synchronous connectionoriented (SCO): Hỗ trợ kết nối đối xứng, chuyển
mạch (circuit-switched), point to point giữa một Master và một Slave trong 1
piconet. Kết nối SCO chủ yếu dùng để truyền dữ liệu tiếng nói. Hai khe thời gian
20
liên tiếp đã được chỉ định trước sẽ được dành riêng cho SCO link. Dữ liệu truyền
theo SCO link có tốc độ 64kbps. Master có thể hỗ trợ tối đa 3 kết nối SCO đồng
thời. SCO packet không chứa CRC (Cyclic Redundancy Check) và không bao giờ
truyền lại. Liên kết SCO được thiết lập chỉ sau khi 1 liên kết ACL đầu tiên được
thiết lập.
1.3.5. Trạng thái của thiết bị Bluetooth
Có 4 trạng thái chính của 1 thiết bị Bluetooth trong 1 piconet:
– Inquiring device (inquiry mode): Thiết bị đang phát tín hiệu tìm thiết bị
Bluetooth khác.
– Inquiry scanning device (inquiry scan mode): Thiết bị nhận tín hiệu inquiry
của thiết bị đang thực hiện inquiring và trả lời.
– Paging device (page mode): Thiết bị phát tín hiệu yêu cầu kết nối với thiết bị
đã inquiry từ trước.
– Page scanning device (page scan mode): Thiết bị nhận yêu cầu kết nối từ
paging device và trả lời.
1.3.6. Các trạng thái kết nối
– Active mode: Trong chế độ này, thiết bị Bluetooth tham gia vào hoạt động
của mạng. Thiết bị master sẽ điều phối lưu lượng và đồng bộ hóa cho các thiết bị
slave.
– Sniff mode: Là 1 chế độ tiết kiệm năng lượng của thiết bị đang ở trạng thái
active. Ở Sniff mode, thiết bị slave lắng nghe tín hiệu từ mạng với tần số giảm hay
nói cách khác là giảm công suất. Tần số này phụ thuộc vào tham số của ứng dụng.
Đây là chế độ ít tiết kiệm năng lượng nhất trong 3 chế độ tiết kiệm năng lượng.
– Hold mode: Là 1 chế độ tiết kiệm năng lượng của thiết bị đang ở trạng thái
active. Master có thể đặt chế độ Hold mode cho slave của mình. Các thiết bị có thể
trao đổi dữ liệu ngay lập tức ngay khi thoát khỏi chế độ Hold mode. Đây là chế độ
tiết kiệm năng lượng trung bình trong 3 chế độ tiết kiệm năng lượng.
– Park mode: Là chế độ tiết kiệm năng lượng của thiết bị vẫn còn trong mạng
nhưng không tham gia vào quá trình trao đổi dữ liệu (inactive). Thiết bị ở chế độ
Park mode bỏ địa chỉ MAC, chỉ lắng nghe tín hiệu đồng bộ hóa và thông điệp
broadcast của Master. Đây là chế độ tiết kiệm năng lượng nhất trong 3 chế độ tiết
21
kiệm năng lượng.
1.3.7. Kỹ thuật trải phổ nhảy tần số trong công nghệ bluetooth
1.3.7.1. Khái niệm
Bluetooth sử dụng kỹ thuật vô tuyến được gọi là trải phổ nhảy tần số
(Frequency Hopping Spectrum-FHSS), chia nhỏ dữ liệu được gửi đi và truyền từng
khúc dữ liệu lên 79 tần số. Trong dạng cơ bản của nó, sự điều chế là sự đánh tín
hiệu dịch tần số Gausse (GFSK). Nó đạt được tốc độ truy cập là 1Mbs, tốc độ truy
cập tối đa của nó có thể lên đến 3Mbs. Bluetooth hoạt động ở dải tần 2.4GHz.
Truyền trải phổ là kỹ thuật truyền tín hiệu sử dụng nhiều tần số cùng 1 lúc (DSSS
-Direct Sequence Spead Spectrum) hoặc luân phiên FHSS để tăng khả năng chống
nhiễu, bảo mật và tốc độ truyền dữ liệu. Trải phổ nhảy tần số là kỹ thuật phân chia
giải băng tần thành một tập hợp các kênh hẹp và thực hiện việc truyền tín hiệu trên
các kênh đó bằng việc nhảy tuần tự qua các kênh theo một thứ tự nào đó.
Hình 1.10. Kỹ thuật trải phổ nhảy tần số
1.3.7.2. Kỹ thuật nhảy tần số trong công nghệ Bluetooth
Dải băng tần ISM 2.4GHz được chia thành 79 kênh, với tốc độ nhảy là 1600
lần trong một giây, điều đó có thể tránh được nhiễu tốt và chiều dài của các packet
ngắn lại, tăng tốc độ truyền thông. Hầu hết các nước dùng 79 bước nhảy, mỗi bước
nhảy cách nhau 1MHz, bắt đầu ở 2.402GHz và kết thúc ở 2.480GHz. Ở một vài
nước, chẳng hạn như Pháp, Nhật phạm vi của dải băng tần này được giảm còn 23
bước nhảy.
22
Hình 1.11. Các packet truyền trên các tần số khác nhau
Hình 1.12. Các packet truyền trên khe thời gian
Việc truyền nhận sử dụng các khe thời gian. Chiều dài 1 khe thời gian thông
thường là 625µs. Một packet thường nằm trong khe đơn, nhưng cũng có thể mở
rộng ra 3 hay 5 khe, yêu cầu tần số phải không đổi cho đến khi toàn bộ packet gửi
xong.
Sử dụng packet đa khe, tốc độ truyền dữ liệu cao hơn nhờ phần header của
Xem thêm: Khám phá vũ trụ
mỗi packet chỉ đòi hỏi 1 lần 220µs. Có thể hiểu ngắn gọn là thời gian truyền 3
packets đơn khe sẽ lớn hơn thời gian truyền 1 packet 3 khe. Bù lại, trong môi
23
trường có nhiều tín hiệu truyền, các packet dài chiếm nhiều timeslot dễ bị nhiều hơn
do đó dễ bị mất hơn.
Mỗi packet chứa 3 phần: Access Code, Header, Payload.
Hình 1.13. Cấu trúc gói tin Bluetooth
Kích thước của access code và header là cố định
– Access Code: Gồm 72bits, dùng trong việc đồng bộ dữ liệu, định danh, báo
hiệu.
– Header:
Hình 1.14. Cấu tạo một packet
Trong header có 54 bits: 3 bits được dùng trong việc định địa chỉ, do đó có tối
đa 7 Active Slave. 4 bits tiếp theo cho biết loại packet, 1 bits điều khiển luồng, 1
bits ARQ: Cho biết packet là Broadcast không có ACK. 1 bits Sequencing: Lọc bỏ
những packet trùng do truyền lại, 8 bits HEC: Kiểm tra tính toàn vẹn của header.
Tổng cộng có 18 bits, các bit đó được mã hóa với 1/3 FEC ( Forward Error
Correction ) để có được 54 bits.
PayLoad: Phần chứa dữ liệu truyền đi, có thể thay đổi từ 0 tới 2744 bit/packet.
Payload có thể là dữ liệu data hoặc voice.
1.3.8. Cách thức hoạt động của Bluetooth
1.3.8.1. Cơ chế truyền và sửa lỗi
24
Kỹ thuật Bluetooth thực sự là rất phức tạp. Nó dùng kỹ thuật nhảy tần số trong
các timeslot (TS), được thiết kế để làm việc trong môi trường nhiễu tần số radio,
Bluetooth dùng chiến lược nhảy tần để tạo nên sức mạnh liên kết truyền thông và
truyền thông thông minh. Cứ mỗi lần gửi hay nhận một packet xong, Bluetooth lại
nhảy sang một tần số mới, như thế sẽ tránh được nhiễu từ các tín hiệu khác. So sánh
với các hệ thống khác làm việc trong cùng băng tần, sóng radio của Bluetooth nhảy
tần nhanh và dùng packet ngắn hơn. Vì nhảy nhanh và packet ngắn sẽ làm giảm va
chạm với sóng từ lò vi sóng và các phương tiện gây nhiễu khác trong khí quyển. Có
3 phương pháp được sử dụng trong việc kiểm tra tính đúng đắn của dữ liệu truyền
đi:
– Forwad Error Corrrection: Thêm 1 số bit kiểm tra vào phần Header hay
Payload của packet.
– Automatic Repeat Request: Dữ liệu sẽ được truyền lại cho tới khi bên nhận
gửi thông báo là đã nhận đúng.
– Cyclic Redundancy Check: Mã CRC thêm vào các packet để kiểm chứng
liệu Payload có đúng không.
Bluetooth dùng kỹ thuật sửa lỗi tiến FEC (Forward Error Correction) để sửa
sai do nhiễu tự nhiên khi truyền khoảng cách xa. FEC cho phép phát hiện lỗi, biết
sửa sai và truyền đi tiếp (khác với kỹ thuật BEC: Backward Error Control chỉ phát
hiện, không biết sửa, yêu cầu truyền lại). Giao thức băng tần cơ sở (Baseband) của
Bluetooth là sự kết hợp giữa chuyển mạch và chuyển đổi packet. Các khe thời gian
có thể được dành riêng cho các packet phục vụ đồng bộ. Thực hiện bước nhảy tần
cho mỗi packet được truyền đi. Một packet trên danh nghĩa sẽ chiếm 1 timeslot,
nhưng nó có thể mở rộng chiếm đến 3 hay 5 timeslot. Bluetooth hỗ trợ 1 kênh dữ
liệu bất đồng bộ, hay 3 kênh tín hiệu thoại đồng bộ nhau cùng một lúc, hay 1 kênh
hỗ trợ cùng lúc dữ liệu bất đồng bộ và tín hiệu đồng bộ.
1.3.8.2. Quá trình hình thành Piconet
Một Piconet được tạo bằng 4 cách:
– Có Master rồi, Master thực hiện Paging để kết nối với 1 Slave.
– Một Unit (Master hay Slave) lắng nghe tín hiệu (code) mà thiết bị của nó
truy cập được.
25
suốt 5 năm học qua. Thời gian thực thi đồ án có hạn nên mặc dầu em đã cố gắng nỗ lực để hoàn thành xong đồán một cách tốt nhất nhưng vẫn không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong cácthầy cô trong khoa tận tình chỉ bảo và góp quan điểm để đồ án này được triển khai xong hơn. Cuối cùng, em xin kính chúc quý thầy, cô sức khỏe thể chất và thành công xuất sắc nhiều hơnnữa trong sự nghiệp giáo dục cao quý. Em xin chân thành cảm ơn ! MỤC LỤCTỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA. ……………………………. 91.1. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA. ……………………………….. 9CH ƯƠNG 2 ………………………………………………………………………………………………. 29H Ệ ĐIỀU HÀNH ANDROID VÀ DỊCH VỤ GOOGLE VOICE. ……………………… 29THI ẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT. ………………………………………………….. 45 ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG GIỌNG NÓI ………………………………………………….. 45T ÓM TẮT ĐỀ TÀIĐồ án nghiên cứu và điều tra về mạng lưới hệ thống điều khiển từ xa bằng Bluetooth, những kiến thứccơ bản về board mạch Arduino để phong cách thiết kế, chế tạo quy mô Robot. Nghiên cứu vềhệ quản lý android để từ đó phong cách thiết kế ứng dụng điều khiển bằng giọng nói trênsmartphone ứng dụng vào điều khiển quy mô Robot từ xa bằng giọng nói thôngqua liên kết Bluetooth. ABSTRACTThe thesis research about the Bluetooth remote control system, the basicsknowledge of Arduino circuit for designing and manufacturing the Robot Mã Sản Phẩm. Researching about the android operating system in order to design remote controlsoftware by voice on smartphone applying to Robot Mã Sản Phẩm remote controll by voicevia Bluetooth. MỞ ĐẦUNgày nay, những mạng lưới hệ thống Robot đóng một vai trò quan trọng trong việc pháttriển và sự văn minh của khoa học kỹ thuật công nghệ tiên tiến. Robot đã được ứng dụng rộngrãi trong quân sự chiến lược, công nghiệp và nông nghiệp để thay thế sửa chữa con người thao tác trongnhững thiên nhiên và môi trường ô nhiễm, nguy khốn. Bên cạnh đó, lúc bấy giờ những công nghệ tiên tiến nhận dạng giọng nói đang phát triểnmạnh mẽ và ứng dụng thoáng rộng như Google voice, Via voice, … thì việc điều khiểntừ xa bằng giọng nói sẽ được ứng dụng nhiều trong đời sống. Xuất phát từ nhữngnhận định trên nên em đã chọn đề tài “ Nghiên cứu, phong cách thiết kế, chế tạo mô hìnhRobot điều khiển từ xa bằng giọng nói ” làm đồ án tốt nghiệp. Nội dung đồ án được trình diễn trong 3 chương : Chương 1 : Tổng quan về những mạng lưới hệ thống điều khiển từ xaChương 2 : Hệ điều hành quản lý Android và dịch vụ Google voiceChương 3 : Thiết kế, chế tạo quy mô Robot điều khiển từ xa bằng giọng nóiMặc dù có nhiều cố gắng nỗ lực, tuy nhiên do thời hạn và điều kiện kèm theo triển khai cònnhiều hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những sai sót trong cách trình diễn cũngnhư phần biểu lộ rất mong thầy, cô và những bạn góp ý và bổ trợ thêm để đồ ánhoàn thiện hơn nữa. Em xin chân thành cảm ơn ! Nghệ an, ngày 23 tháng 05 năm 2016S inh viên thực hiệnPhan Hữu LâmDANH SÁCH HÌNH VẼDANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂUBảngBảng 1.1 Bảng 2.1 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Hình 3.4 Tên bảngCác phiên bản BluetoothCác phiên bản của hệ quản lý và điều hành AndroidMột vài thông số kỹ thuật của board mạch Arduino Uno R3Thông số kỹ thuật của ATMEGA328Giá trị những motor tương ứng với những chức năngĐặc điểm kỹ thuật của module Bluetooth HC05Trang163147484951DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮTTừ viết tắtERDIOTPINMACAMAPMAACLSCOFHSSTSFECBECLMPNLPI / ODCRXTXPWMTừ đầy đủEnhanced data rateInternet of thingsPersional identification NumberNghĩaTốc độ tài liệu nâng caoSố nhận dạng cá nhânKiểm soát truy vấn phương tiệnMedia Access Controltruyền thôngActive Member AddressThành viên địa chỉPacked Member AddressĐóng gói thành viên địa chỉAsynchronous connectionlessKết nối không đồng bộSynchronous connection-oriented Kết nối đồng nhất có hướngFrequency Hopping SpectrumKỹ thuật trải phổ nhảy tần sốTimeslotKhe thời gianForward Error CorrectionSửa lỗi chuyển tiếpBackward Error ControlKiểm soát lỗi ngượcLink Manament ProtocolGiao thức quản trị liên kếtNatural Language ProcessingXử lý ngôn từ tựnhiênInput / OutputVào / RaDirect CurrentMột chiềuReceiverThuTransmitterPhátPulse width modulationĐiều chính sách rộng xungCHƯƠNG 1T ỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA1. 1. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XAHệ thống điều khiển từ xa là một mạng lưới hệ thống được cho phép ta điều khiển những thiết bịtừ một khoảng chừng cách xa. Ví dụ mạng lưới hệ thống điều khiển bằng vô tuyến, mạng lưới hệ thống điềukhiển bằng tia hồng ngoại, mạng lưới hệ thống điều khiển từ xa bằng Bluetooth, mạng lưới hệ thống điềukhiển từ xa bằng cáp quang, dây dẫn. Sơ đồ cấu trúc mạng lưới hệ thống điều khiển từ xa nói chung gồm có : – Thiết bị phát : Biến đổi lệnh điều khiển thành tin tức và phát đi, ở trong thiếtkế này em sử dụng thiết bị phát thiết bị phát là điện thoại cảm ứng Android. – Đường truyền : Đưa tín hiệu điều khiển từ thiết bị phát đến thiết bị thu. Trongthiết kế em sử dụng Bluetooth. – Thiết bị thu : Nhận tín hiệu điều khiển từ đường truyền, qua quy trình biếnđồi, biến dịch để tái hiện lại lệnh điều khiển rồi đưa đến những thiết bị thi hành. Trongthiết kế của em thì thiết bị thu là module Bluetooth HC05. Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc mạng lưới hệ thống điều khiển từ xaNhiệm vụ cơ bản của những mạng lưới hệ thống điều khiển từ xa : – Phát tín hiệu điều khiển – Sản sinh ra xung hoặc hình thành những xung thiết yếu. – Tổ hợp xung thành mã. – Tổ hợp xung thành mã. – Ở điểm chấp hành ( thiết bị thu ) sau khi nhận được mã phải đổi khác những mãnhận được thành những lệnh điều khiển và đưa đến những thiết bị đồng thời kiểm tra sựchính xác của mã mới nhận. 1.1.1. Một số yếu tố cơ bản trong mạng lưới hệ thống điều khiển từ xaDo mạng lưới hệ thống điều khiển từ xa có những đường truyền dẫn xa nên ta phảinghiên cứu về cấu trúc mạng lưới hệ thống để bảo vệ tín hiệu được truyền đi đúng mực vànhanh chóng theo những nhu yếu sau : 1.1.1. 1. Kết cấu tin tứcTrong mạng lưới hệ thống điều khiển từ xa độ an toàn và đáng tin cậy truyền dẫn tin tức có quan hệ nhiềuđến đến cấu trúc tin tức. Nội dung về cấu trúc tin tức có hai phần : Về lượng và vềchất. Về lượng là cách biến lượng điều khiển và lượng điều khiển thành loại xung gìcho tương thích, và những xung đó cần vận dụng những chiêu thức gì cho tương thích, vànhững xung đó cần vận dụng những giải pháp nào để hợp thành tin tức, để códung lượng lớn nhất và vận tốc truyền nhanh nhất. 1.1.1. 2. Về cấu trúc hệ thốngĐể bảo vệ những nhu yếu về cấu trúc tin tức, mạng lưới hệ thống điều khiển từ xa có cácyêu cầu sau : – Tốc độ thao tác nhanh – Kết cấu phải đơn thuần – Thiết bị phải bảo đảm an toàn, tin cậyHệ thống điều khiển từ xa có hiệu suất cao cao là mạng lưới hệ thống đạt vận tốc điều khiểncực đại, đồng thời bảo vệ độ đúng mực trong khoanh vùng phạm vi được cho phép. 1.1.2. Phương pháp mã hóa trong điều khiển từ xaTrong mạng lưới hệ thống truyền thông tin rời rạc hoặc truyền thông tin liên tục nhưng đãđược rời rạc hóa tin tức thường phải được đổi khác trải qua một phép biến đổithành số ( thường là nhị phân ) rồi mã hóa và được phát đi từ thiết bị phát. Ở thiết bịthu, những tín hiệu phải trải qua những phép đổi khác ngược lại với những phép biến đổitrên : giải thuật, liên tục hóa, … 1.2. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỪ XA1. 2.1. Điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoạiHầu hết những thiết bị trong mái ấm gia đình đều sử dụng loại điều khiển từ xa bằnghồng ngoại như tivi, điều hòa, quạt, … – Tia hồng ngoại : Là ánh sáng không hề nhìn thấy được bằng mắt thường, tiahồng ngoại có tốc độ truyền bằng tốc độ ánh sáng. Tia hồng ngoại hoàn toàn có thể truyền điđược nhiều kênh tín hiệu. Nó ứng dụng thoáng đãng trong công nghiệp. Lượng thông tincó thể đạt được tới 3M bit / s. 10H ình 1.2. Tv sử dụng điều khiển bằng hồng ngoạiNguồn phát hồng ngoại : Các nguồn sáng tự tạo như Diode, laser, đèn huỳnhquang, photodiode. Linh kiện thu sóng hồng ngoại : Quang điện trở, phototransistor, photodiode. Hình 1.3. Module thu phát hồng ngoại – Nguyên lý cơ bản của loại điều khiển từ xa này là sử dụng ánh sáng hồngngoại của quang phổ điện từ mà mắt thường không thấy được để chuyển tín hiệuđến thiết bị cần điều khiển. Nó đóng vai trò như một bộ phát tín hiệu, sẽ phát ra cácxung ánh sáng hồng ngoại mang một mã số nhị phân đơn cử. Khi ta ấn một nút phíabên ngoài thì sẽ quản lý và vận hành một chuỗi những hoạt động giải trí khiến những thiết bị cần điều khiểnsẽ triển khai lệnh của nút bấm đó. 11 – Ưu điểm và điểm yếu kém của chiêu thức điều khiển từ xa bằng tiahồng ngoại : – Ưu điểm : + Không dây dẫn + Led phát và thu nhỏ gọn, dễ phong cách thiết kế lắp ráp và có độ an toàn và đáng tin cậy cao + Áp cung ứng thấp, hiệu suất tiêu tán nhỏ + Điều khiển được nhiều thiết bị + Tính khả thi cao, linh phụ kiện dễ tìm thấy và thiết kế dễ – Nhược điểm : + Tầm xa bị hạn chế + Dòng điện cao tức thời + Nhiều hồng ngoại do những nguồn nhiệt xung quanh ta phát ra, nên có ảnhhưởng và hạn chế tầm phát. Do đó chỉ dùng trong phòng, kho và nơi ít bị ảnh hưởngcủa nhiệt độ môi trường tự nhiên + Hạn chế khi bị vật cản nên không hề truyền được xa1. 2.2. Điều khiển từ xa bằng BluetoothCông nghệ Bluetooth đã được ứng dụng vào điều khiển những thiết bị và đangphổ biến thoáng rộng. Hầu hết những thiết bị mưu trí đều tích hợp công nghệ tiên tiến Bluetoothvào để hoàn toàn có thể trao đổi tài liệu, điều khiển từ xa, … Hình 1.4. Chụp ảnh từ xa trên điện thoại cảm ứng bằng điều khiển qua bluetooth12Hình 1.5. Điều khiển Robot bằng điện thoại thông minh qua BluetoothMột số ưu điểm và điểm yếu kém của điều khiển từ xa bằng bluetooth : – Ưu điểm + Tiêu thụ nguồn năng lượng thấp. + Cho phép ứng dụng được nhiều loại thiết bị cầm tay và điện thoại di động + Giá thành ngày một giảm. + Khoảng cách tiếp xúc được cho phép giữa 2 thiết bị liên kết hoàn toàn có thể lên đến 100 m + Sử dụng băng tần 2.4 GHz, vận tốc truyền tài liệu hoàn toàn có thể đạt tới 1M bps mà cácthiết bị không cần phải trực tiếp thấy nhau. + Tính thích hợp cao và được nhiều đơn vị sản xuất phần cứng cũng như phầnmềm tương hỗ. – Nhược điểm + Khoảng cách liên kết còn ngắn so với công nghệ tiên tiến mạng không dây khác. + Chỉ liên kết được 2 thiết bị với nhau, không liên kết được thành mạng. 1.2.3. Điều khiển từ xa bằng wifiTrong những năm gần đây công nghệ tiên tiến truyền nhận tài liệu không dây đang cónhững bước tăng trưởng can đảm và mạnh mẽ, góp công lớn trong việc tăng trưởng những hệ thốngđiều khiển, giám sát từ xa, đặc biệt quan trọng là những mạng lưới hệ thống mưu trí. Hiện nay, có khánhiều công nghệ tiên tiến không truyền nhận tài liệu không dây như RF, Wifi, Bluetooth, NFC, … Trong đó, Wifi là một trong những công nghệ tiên tiến được tăng trưởng rất nhanhchóng và can đảm và mạnh mẽ trong những mạng lưới hệ thống mưu trí. 13V ì vậy việc điều khiển từ xa bằng wifi sẽ được tăng trưởng nhanh gọn vàđược sử dụng thoáng rộng trong tương lai. Hình 1.6. Các thiết bị trong mái ấm gia đình điều khiển qua wifiMột số ưu điểm của điều khiển từ xa bằng wifi : – Ưu điểm + Điều khiển khoảng cách xa + Có thể điều khiển được nhiều thiết bị một lúc + Cho phép ứng dụng được nhiều loại thiết bị cầm tay và điện thoại di động + Giá thành rẻ + Tính thích hợp cao và được nhiều nhà phân phối phần cứng cũng như phầnmềm tương hỗ. 1.2.4. Điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyếnHình 1.7. Bộ điều khiển sóng RF một thiết bị14 – Hệ thống điều khiển từ xa dùng sóng vô tuyến gồm có máy phát và máythu. Máy phát có trách nhiệm phát ra lệnh điều khiển truyền ra môi trường tự nhiên dưới dạngsóng điện từ mang theo tin tức điều khiển. Máy thu thu tín hiệu từ thiên nhiên và môi trường, xử lývà đưa ra lệnh điều khiển đến mạch chấp hành. Đặc điểm của mạng lưới hệ thống này là phảidùng Anten để bức xạ tín hiệu so với máy phát và thu tín hiệu so với máy thu. – Nguyên lý hoạt động giải trí : Với loại điều khiển này, nó cũng sử dụng nguyên tắc tương tự như như điều khiểnbằng tia hồng ngoại nhưng thay vì gửi đi những tín hiệu ánh sáng, nó lại truyền sóngvô tuyến tương ứng với những lệnh nhị phân. Bộ phận thu sóng vô tuyến trên thiết bịđược điều khiển nhận tín hiệu và giải thuật nó. So với loại điều khiển IR, lợi thế lớnnhất của nó chính là khoanh vùng phạm vi truyền tải rộng, hoàn toàn có thể sử dụng cách thiết bị cần điềukhiển đến hơn 30 mét đồng thời hoàn toàn có thể điều khiển xuyên tường, kính. – Ưu điểm và điểm yếu kém của chiêu thức điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến : – Ưu điểm : + Truyền tín hiệu với khoảng cách xa + Không bị ảnh hưởng tác động bởi vật cản + Tầm phát rộng nhiều hướng khác nhau nên hoàn toàn có thể điều khiển nhiều thiết bịcùng một lúc. – Nhược điểm : + Hệ thống phức tạp khi có thêm anten + Hay bị ảnh hưởng tác động nhiễu gây méo hoặc sai tín hiệu + Mã hóa phức tạp hơn1. 3. ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG BLUETOOTH1. 3.1. Công nghệ tiếp thị quảng cáo không dây Bluetooth1. 3.1.1. Sự sinh ra BluetoothBluetooth hiện tại là công nghệ tiên tiến tiếp xúc không dây phổ cập nhất trên cácthiết bị di động và có lẽ rằng bạn cũng đã tối thiểu một lần truyền nhận tài liệu hay nghenhạc qua Bluetooth. Gần một nghìn năm sau cái chết của vua Harald Bluetooth, vịvua người Thụy Điển đã thống nhất được những vùng đất tại bán đảo Scandinavia đểquy về một mối dưới triều đại Viking vào thế kỷ thứ 10, năm 1994 hãng công nghệThụy Điển, Ericsson, đã nảy ra cái tên Bluetooth cho công nghệ tiên tiến không dây mà họ15đang tăng trưởng với mong ước rằng công nghệ tiên tiến này hoàn toàn có thể triển khai được thiên chức “ chuẩn hóa ” và thống nhất những liên kết không dây giữa những nhà phân phối thiết bịcầm tay. Logo Bluetooth là sự tích hợp của 2 ký tự Rune cổ : ( Hagall ) và ( Bjarkan ) tương tự với 2 ký tự H và B trong chữ Latin là viết tắt của Harald Bluetooth. Sau đó, Bluetooth được liên minh Bluetooth SIG với những thành viên chính là nhữnghãng sản xuất phần cứng lớn nhất thời bấy giờ như Nokia, Ericsson, Intel, IBM, Toshiba … và công bố phiên bản tiên phong vào năm 1998.1.3.1.2. Các phiên bản BluetoothBảng 1.1. Các phiên bản BluetoothPhiên bảnBluetooth 1.0 Chi tiếtLà phiên bản tiên phong của chuẩn liên kết Bluetooth đượcđưa vào sử dụng với vận tốc truyền tải tài liệu là 1M bs, tuynhiên trong thực tiễn vận tốc của phiên bản này chỉ đạt được mức720kbs. Là phiên bản tăng cấp sau Bluetooth 1.0 được nâng cấptốc độ truyền tải lên 2.1 Mbs cùng với chính sách truyền tảiBluetooth2. 0 + ERDmới ERD ( enhanced data rate ). Phiên bản 2.1 được nângcấp về vận tốc truyền tải nhưng lại hạn chế trên thiết bị sửdụng do ERD chỉ là chính sách tùy chọn, một số ít nhà sản xuấtđã không đưa chính sách này vào loại sản phẩm của mình để giảmchi phí sản xuất. Được tăng cấp từ Bluetooth 2.0 vào năm 2007 với thayđổi quan trọng như hiệu năng cao hơn, giảm điện năng tiêuBluetooththụ. Phiên bản này được sử dụng trên những thiết bị như điện2. 1 + ERDthoại di động, máy tính, tai nghe … .. Tuy nhiên, Bluetooth2. 1 vẫn chưa cho người dùng truyền tải những tập tin có dunglượng lớn. Năm 2009 buetooth 3.0 sinh ra với biến hóa lớn về tốc độBluetoothtruyền tải, đạt 24M bps ở phiên bản này những thiết bị có thể3. 0 + HStương tác thuận tiện với nhau hơn, hoàn toàn có thể tự dò tìm những thiếtBluetooth 4.0 bị ở gần. Là sự tích hợp của những đời Bluetooth trước đó với nhau. Bluetooth 4.0 đạt vận tốc truyền tải lên đến 25M bps, dễdàng ghép đôi những thiết bị với nhau, hiệu năng tiêu thụ16Phiên bảnBluetooth 4.1 Chi tiếtthấp. Đây là chuẩn Bluetooth được sử dụng trên hầu hếtcác thiết bị lúc bấy giờ. Là phiên bản mới nhất sinh ra đầu năm năm trước với nhiều cảitiến vượt bậc so với Bluetooth 4.0. Bluetooth v4. 2 được phát hành vào 02 tháng 12, năm2014. Nó ra mắt một số ít tính năng quan trọng cho IOT ( internet of things ). Một số tính năng, ví dụ điển hình như dữBluetooth 4.2 liệu chiều dài lan rộng ra, nhu yếu update phần cứng. Tuynhiên, 1 số ít phần cứng Bluetooth cũ hoàn toàn có thể nhận đượcmột số tính năng Bluetooth v4. 2, ví dụ điển hình như cập nhậtbảo mật trải qua firmware. 1.3.2. Các yếu tố bảo mật thông tin trong công nghệ Bluetooth1. 3.2.1. Bảo mậtKhi sử dụng công nghệ tiên tiến Bluetooth, chắc rằng mọi người ai cũng chăm sóc đếnvấn đề bảo mật thông tin của nó. Tùy thuộc vào cách nó được thông số kỹ thuật mà công nghệBluetooth hoàn toàn có thể khá bảo đảm an toàn, tuy nhiên nhiều thiết bị Bluetooth có số lượng ngắncác chữ số sử dụng trong mã PIN hoàn toàn có thể gây nguy hại cho những thiết bị này. Nếu aiđó hoàn toàn có thể phát hiện ra thiết bị Bluetooth của bạn, thì người này trọn vẹn có khảnăng gửi những tin nhắn không nhu yếu và lạm dụng dịch vụ Bluetooth hoặc xâm nhậphay sửa đổi tài liệu của bạn. Các virut hoặc những mã nguy khốn khác cũng hoàn toàn có thể lợidụng công nghệ tiên tiến này để làm hại thiết bị. Nếu đã bị xâm nhập, tài liệu của bạn có thểsẽ bị sửa đổi, làm tổn hại hay bị đánh cắp hoặc mất. 1.3.2. 2. Phương pháp bảo vệVô hiệu hóa Bluetooth khi không sử dụng chúng. Trừ khi bạn kích hoạt việctruyền tải thông tin từ thiết bị này đến một thiết bị khác, nếu không bạn nên vô hiệuhóa công nghệ tiên tiến này để tránh những người không hợp lệ hoàn toàn có thể xâm nhập. Sử dụng Bluetooth trong chính sách ẩn, khi kích hoạt Bluetooth hãy đặt nó trongtrạng thái “ không hề phát hiện “. Chế độ ẩn nhằm mục đích ngăn ngừa những thiết bị khác nhậnra thiết bị của bạn. Điều này không ngăn cản bạn liên kết đến những thiết bị Bluetoothkhác. Thậm chí cả hai cũng hoàn toàn có thể nhận ra nhau để liên kết nếu chúng cùng trongchế độ ẩn. 17C ác thiết bị như điện thoại di động và tai nghe không dây cần phải đặt trongchế độ “ không phát hiện “ liên kết khởi đầu thì chúng luôn nhận ra thiết bị kia màkhông cần tìm kiếm lại liên kết nữa cho lần tiếp theo. Cẩn thận với những nơi sử dụng Bluetooth. Cần phải chăm sóc đến môi trườngkhi ghép đôi thiết bị của bạn hoặc hoạt động giải trí trong chính sách hoàn toàn có thể phát hiện. Đánh giá những thiết lập bảo mật thông tin hầu hết những thiết bị đều có nhiều đặc tính giúptrang bị thiết yếu cho bản thân, vô hiệu hóa bất kỳ tính năng hoặc những liên kết khôngcần thiết hoàn toàn có thể. Kiểm tra những thiết lập, thiết lập bảo mật thông tin đặc biệt quan trọng và lựa chọn những tùychọn thiết yếu so với bạn mà không gây ra mức rủi ro đáng tiếc cao. Khai thác triệt để những tùy chọn bảo mật thông tin. Tìm hiểu kỹ những tùy chọn bảo mật thông tin màthiết bị Bluetooth của bạn hoàn toàn có thể phân phối, từ đó khai thác triệt để những tính năngtác dụng của chúng như sự mã hóa và đánh giá và thẩm định. 1.3.3. Các khái niệm trong công nghệ Bluetooth1. 3.3.1. Master UnitLà thiết bị duy nhất trong 1 Piconet, Master thiết lập đồng hồ đeo tay đếm xung vàkiểu bước nhảy ( hopping ) để đồng điệu tổng thể những thiết bị trong cùng piconet mà nóđang quản trị, thường là thiết bị tiên phong quy đổi tài liệu. Master cũng quyết địnhsố kênh truyền thông online. Mỗi Piconet có một kiểu hopping duy nhất. 1.3.3. 2. Slaver UnitLà tổng thể những thiết bị còn lại trong piconet, một thiết bị không là Master thìphải là Slave. Tối đa 7 Slave dạng Active và 255 Slave dạng Parked ( Inactive ) trong1 Piconet. Có 3 dạng Slave trong một Piconet : – Active : Slave hoạt động giải trí, có năng lực trao đổi thông tin với Master và cácSlave Active khác trong Piconet. Các thiết bị ở trạng thái này được phân biệt thôngqua 1 địa chỉ MAC ( Media Access Control ) hay AMA ( Active Member Address ) đó là số lượng gồm 3 bit. Nên trong 1 Piconet có tối đa 8 thiết bị ở trang thái này ( 1 cho Master và 7 cho Slave ). – Standby : Standby là một dạng inactive, thiết bị trong trạng thái này khôngtrao đổi tài liệu, sóng radio không có ảnh hưởng tác động lên, hiệu suất giảm đến tối thiểu đểtiết kiệm nguồn năng lượng, thiết bị không có năng lực dò được bất kỳ mã truy vấn nào. Có thể coi là những thiết bị trong nằm ngoài vùng trấn áp của Master. 18 – Parked : Là một dạng inactive, chỉ 1 thiết bị trong 1 Piconet thường xuyênđược đồng điệu với Piconet, nhưng không có 1 địa chỉ MAC. Chúng như ở trạng thái ” ngủ ” và sẽ được Master gọi dậy bằng tín hiệu ” beacon ” ( tín hiệu báo hiệu ). Cácthiết bị ở trạng thái Packed được đánh địa chỉ trải qua địa chỉ PMA ( PackedMember Address ). Đây là số lượng 8 bits để phân biệt những packed Slave với nhau vàcó tối đa 255 thiết bị ở trạng thái này trong 1 Piconet. 1.3.3. 3. PiconetPicotnet là tập hợp những thiết bị được liên kết trải qua kỹ thuật Bluetooth theomô hình Ad-Hoc ( đây là kiểu mạng được thiết lập cho nhu yếu truyền dữ liệu hiệnhành và tức thời, vận tốc nhanh và liên kết sẽ tự động hóa huỷ sau khi truyền xong ). Trong 1 Piconet thì chỉ có 1 thiết bị là Master. Đây thường là thiết bị tiên phong tạokết nối, nó có vai trò quyết định hành động số kênh tiếp thị quảng cáo và triển khai đồng nhất giữa cácthành phần trong Piconet, những thiết bị còn lại là Slave. Đó là những thiết bị gửi yêu cầuđến Master. Lưu ý rằng, 2 Slave muốn triển khai liên lạc phải trải qua Master bởichúng không khi nào liên kết trực tiếp được với nhau, Master sẽ đồng nhất những Slavevề thời hạn và tần số. Trong 1 Piconet có tối đa 7 Slave đang hoạt động giải trí tại 1 thờiđiểm. Minh hoạ một Piconet gồm nhiều Slave : Hình 1.8. Kiến trúc piconet trong Bluetooth1. 3.3.4. ScatternetLà 2 hay nhiều Piconet độc lập và không đồng điệu, những Piconet này tích hợp lạitruyền thông với nhau. 19M ột thiết bị hoàn toàn có thể vừa là Master của Piconet này, vừa là Slave của Piconetkhác. Vai trò của 1 thiết bị trong Piconet là không cố định và thắt chặt, có nghĩa là nó có thểthay đổi từ Master thành Slave và ngược lại, từ Slave thành Master. Ví dụ nếuMaster không đủ năng lực cung ứng tài nguyên ship hàng cho Piconet của mình thìnó sẽ chuyển quyền cho 1 Slave khác giàu tài nguyên hơn, mạnh hơn, do tại trong 1 piconet thì Clock và kiểu Hopping đã được đồng nhất nhau sẵn. Ví dụ một Scatternet : Hình 1.9. Một Scatternet gồm 2 Piconet1. 3.4. Định nghĩa những link vật lý trong bluetooth – Asynchronous connectionless ( ACL ) : Được thiết lập cho việc truyền tài liệu, những gói dữ liệu cơ bản ( primarily packet data ). Là một liên kết point to multipointgiữa Master và toàn bộ những Slave tham gia trong piconet. Chỉ sống sót duy nhất một kếtnối ACL. Chúng tương hỗ những liên kết chuyển mạch gói ( packet-switchedconnection ) đối xứng và không đối xứng. Những gói tin đa khe dùng ACL link vàcó thể đạt tới năng lực truyền tối đa 723 kbps ở một hướng và 57.6 kbps ở hướngkhác. Master điều khiển độ rộng băng tầng của ACL link và sẽ quyết định hành động xemtrong một piconet một slave hoàn toàn có thể dùng băng tầng rộng bao nhiêu. Những gói tinbroadcast truyền bằng ACL link, từ master đến tổng thể những slave. Hầu hết những gói tinACL đều hoàn toàn có thể truyền lại. – Synchronous connectionoriented ( SCO ) : Hỗ trợ liên kết đối xứng, chuyểnmạch ( circuit-switched ), point to point giữa một Master và một Slave trong 1 piconet. Kết nối SCO đa phần dùng để truyền dữ liệu lời nói. Hai khe thời gian20liên tiếp đã được chỉ định trước sẽ được dành riêng cho SCO link. Dữ liệu truyềntheo SCO link có vận tốc 64 kbps. Master hoàn toàn có thể tương hỗ tối đa 3 liên kết SCO đồngthời. SCO packet không chứa CRC ( Cyclic Redundancy Check ) và không bao giờtruyền lại. Liên kết SCO được thiết lập chỉ sau khi 1 link ACL tiên phong đượcthiết lập. 1.3.5. Trạng thái của thiết bị BluetoothCó 4 trạng thái chính của 1 thiết bị Bluetooth trong 1 piconet : – Inquiring device ( inquiry mode ) : Thiết bị đang phát tín hiệu tìm thiết bịBluetooth khác. – Inquiry scanning device ( inquiry scan mode ) : Thiết bị nhận tín hiệu inquirycủa thiết bị đang triển khai inquiring và vấn đáp. – Paging device ( page mode ) : Thiết bị phát tín hiệu nhu yếu liên kết với thiết bịđã inquiry từ trước. – Page scanning device ( page scan mode ) : Thiết bị nhận nhu yếu liên kết từpaging device và vấn đáp. 1.3.6. Các trạng thái liên kết – Active mode : Trong chính sách này, thiết bị Bluetooth tham gia vào hoạt độngcủa mạng. Thiết bị master sẽ điều phối lưu lượng và đồng nhất hóa cho những thiết bịslave. – Sniff mode : Là 1 chính sách tiết kiệm ngân sách và chi phí nguồn năng lượng của thiết bị đang ở trạng tháiactive. Ở Sniff mode, thiết bị slave lắng nghe tín hiệu từ mạng với tần số giảm haynói cách khác là giảm hiệu suất. Tần số này nhờ vào vào tham số của ứng dụng. Đây là chính sách ít tiết kiệm ngân sách và chi phí nguồn năng lượng nhất trong 3 chính sách tiết kiệm ngân sách và chi phí nguồn năng lượng. – Hold mode : Là 1 chính sách tiết kiệm ngân sách và chi phí nguồn năng lượng của thiết bị đang ở trạng tháiactive. Master hoàn toàn có thể đặt chính sách Hold mode cho slave của mình. Các thiết bị có thểtrao đổi tài liệu ngay lập tức ngay khi thoát khỏi chính sách Hold mode. Đây là chế độtiết kiệm nguồn năng lượng trung bình trong 3 chính sách tiết kiệm chi phí nguồn năng lượng. – Park mode : Là chính sách tiết kiệm ngân sách và chi phí nguồn năng lượng của thiết bị vẫn còn trong mạngnhưng không tham gia vào quy trình trao đổi tài liệu ( inactive ). Thiết bị ở chế độPark mode bỏ địa chỉ MAC, chỉ lắng nghe tín hiệu đồng nhất hóa và thông điệpbroadcast của Master. Đây là chính sách tiết kiệm ngân sách và chi phí nguồn năng lượng nhất trong 3 chính sách tiết21kiệm nguồn năng lượng. 1.3.7. Kỹ thuật trải phổ nhảy tần số trong công nghệ tiên tiến bluetooth1. 3.7.1. Khái niệmBluetooth sử dụng kỹ thuật vô tuyến được gọi là trải phổ nhảy tần số ( Frequency Hopping Spectrum-FHSS ), chia nhỏ tài liệu được gửi đi và truyền từngkhúc tài liệu lên 79 tần số. Trong dạng cơ bản của nó, sự điều chế là sự đánh tínhiệu dịch tần số Gausse ( GFSK ). Nó đạt được vận tốc truy vấn là 1M bs, vận tốc truycập tối đa của nó hoàn toàn có thể lên đến 3M bs. Bluetooth hoạt động giải trí ở dải tần 2.4 GHz. Truyền trải phổ là kỹ thuật truyền tín hiệu sử dụng nhiều tần số cùng 1 lúc ( DSSS-Direct Sequence Spead Spectrum ) hoặc luân phiên FHSS để tăng năng lực chốngnhiễu, bảo mật thông tin và vận tốc truyền tài liệu. Trải phổ nhảy tần số là kỹ thuật phân chiagiải băng tần thành một tập hợp những kênh hẹp và thực thi việc truyền tín hiệu trêncác kênh đó bằng việc nhảy tuần tự qua những kênh theo một thứ tự nào đó. Hình 1.10. Kỹ thuật trải phổ nhảy tần số1. 3.7.2. Kỹ thuật nhảy tần số trong công nghệ tiên tiến BluetoothDải băng tần ISM 2.4 GHz được chia thành 79 kênh, với vận tốc nhảy là 1600 lần trong một giây, điều đó hoàn toàn có thể tránh được nhiễu tốt và chiều dài của những packetngắn lại, tăng vận tốc tiếp thị quảng cáo. Hầu hết những nước dùng 79 bước nhảy, mỗi bướcnhảy cách nhau 1MH z, khởi đầu ở 2.402 GHz và kết thúc ở 2.480 GHz. Ở một vàinước, ví dụ điển hình như Pháp, Nhật khoanh vùng phạm vi của dải băng tần này được giảm còn 23 bước nhảy. 22H ình 1.11. Các packet truyền trên những tần số khác nhauHình 1.12. Các packet truyền trên khe thời gianViệc truyền nhận sử dụng những khe thời hạn. Chiều dài 1 khe thời hạn thôngthường là 625 µs. Một packet thường nằm trong khe đơn, nhưng cũng hoàn toàn có thể mởrộng ra 3 hay 5 khe, nhu yếu tần số phải không đổi cho đến khi hàng loạt packet gửixong. Sử dụng packet đa khe, vận tốc truyền tài liệu cao hơn nhờ phần header củamỗi packet chỉ yên cầu 1 lần 220 µs. Có thể hiểu ngắn gọn là thời hạn truyền 3 packets đơn khe sẽ lớn hơn thời hạn truyền 1 packet 3 khe. Bù lại, trong môi23trường có nhiều tín hiệu truyền, những packet dài chiếm nhiều timeslot dễ bị nhiều hơndo đó dễ bị mất hơn. Mỗi packet chứa 3 phần : Access Code, Header, Payload. Hình 1.13. Cấu trúc gói tin BluetoothKích thước của access code và header là cố định và thắt chặt – Access Code : Gồm 72 bits, dùng trong việc đồng nhất tài liệu, định danh, báohiệu. – Header : Hình 1.14. Cấu tạo một packetTrong header có 54 bits : 3 bits được dùng trong việc định địa chỉ, do đó có tốiđa 7 Active Slave. 4 bits tiếp theo cho biết loại packet, 1 bits điều khiển luồng, 1 bits ARQ : Cho biết packet là Broadcast không có ACK. 1 bits Sequencing : Lọc bỏnhững packet trùng do truyền lại, 8 bits HEC : Kiểm tra tính toàn vẹn của header. Tổng cộng có 18 bits, những bit đó được mã hóa với 1/3 FEC ( Forward ErrorCorrection ) để có được 54 bits. PayLoad : Phần chứa tài liệu truyền đi, hoàn toàn có thể đổi khác từ 0 tới 2744 bit / packet. Payload hoàn toàn có thể là tài liệu data hoặc voice. 1.3.8. Cách thức hoạt động giải trí của Bluetooth1. 3.8.1. Cơ chế truyền và sửa lỗi24Kỹ thuật Bluetooth thực sự là rất phức tạp. Nó dùng kỹ thuật nhảy tần số trongcác timeslot ( tiến sỹ ), được phong cách thiết kế để thao tác trong thiên nhiên và môi trường nhiễu tần số radio, Bluetooth dùng kế hoạch nhảy tần để tạo nên sức mạnh link tiếp thị quảng cáo vàtruyền thông mưu trí. Cứ mỗi lần gửi hay nhận một packet xong, Bluetooth lạinhảy sang một tần số mới, như vậy sẽ tránh được nhiễu từ những tín hiệu khác. So sánhvới những mạng lưới hệ thống khác thao tác trong cùng băng tần, sóng radio của Bluetooth nhảytần nhanh và dùng packet ngắn hơn. Vì nhảy nhanh và packet ngắn sẽ làm giảm vachạm với sóng từ lò vi sóng và những phương tiện đi lại gây nhiễu khác trong khí quyển. Có3 chiêu thức được sử dụng trong việc kiểm tra tính đúng đắn của tài liệu truyềnđi : – Forwad Error Corrrection : Thêm 1 số bit kiểm tra vào phần Header hayPayload của packet. – Automatic Repeat Request : Dữ liệu sẽ được truyền lại cho tới khi bên nhậngửi thông tin là đã nhận đúng. – Cyclic Redundancy Check : Mã CRC thêm vào những packet để kiểm chứngliệu Payload có đúng không. Bluetooth dùng kỹ thuật sửa lỗi tiến FEC ( Forward Error Correction ) để sửasai do nhiễu tự nhiên khi truyền khoảng cách xa. FEC được cho phép phát hiện lỗi, biếtsửa sai và truyền đi tiếp ( khác với kỹ thuật BEC : Backward Error Control chỉ pháthiện, không biết sửa, nhu yếu truyền lại ). Giao thức băng tần cơ sở ( Baseband ) củaBluetooth là sự tích hợp giữa chuyển mạch và quy đổi packet. Các khe thời giancó thể được dành riêng cho những packet ship hàng đồng nhất. Thực hiện bước nhảy tầncho mỗi packet được truyền đi. Một packet trên danh nghĩa sẽ chiếm 1 timeslot, nhưng nó hoàn toàn có thể lan rộng ra chiếm đến 3 hay 5 timeslot. Bluetooth tương hỗ 1 kênh dữliệu bất đồng bộ, hay 3 kênh tín hiệu thoại đồng nhất nhau cùng một lúc, hay 1 kênhhỗ trợ cùng lúc tài liệu bất đồng bộ và tín hiệu đồng nhất. 1.3.8. 2. Quá trình hình thành PiconetMột Piconet được tạo bằng 4 cách : – Có Master rồi, Master thực thi Paging để liên kết với 1 Slave. – Một Unit ( Master hay Slave ) lắng nghe tín hiệu ( code ) mà thiết bị của nótruy cập được. 25
Source: https://sangtaotrongtamtay.vn
Category: Công nghệ