Tài liệu Nghiên cứu thiết hế thống thu thập dữ liệu sử dụng công nghệ truyền không dây lora

NGUYỄN NGỌC TRUNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN KHÔNG DÂY LORA NGUYỄN NGỌC TRUNG 2016 - 2018 HÀ NỘI – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN KHÔNG DÂY LORA NGUYỄN NGỌC TRUNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: 8520203 HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN HOÀNG DŨNG HÀ NỘI – 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc công bố trong các công trình khác. Nếu không đúng nhƣ đã nêu trên, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về đề tài của mình. Ngày tháng năm Tác giả luận văn Nguyễn Ngọc Trung LỜI CẢM ƠN Luận văn này đƣợc hoàn thành dƣới sự hƣớng dẫn tận tình và nghiêm khắc của TS. Nguyễn Hoàng Dũng. Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn Thầy đã tận tình hƣớng dẫn và cung cấp cho em những tài liệu để hoàn thành luận văn này, cũng nhƣ truyền thụ những kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian làm luận văn. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cô Trƣờng Đại Học Mở Hà Nội đã tạo mọi điều kiện cho em học tập và nghiên cứu trong suốt thời gian học vừa qua. Xin cảm ơn các thành viên trong gia đình, những ngƣời luôn dành cho tôi những tình cảm nồng ấm và sẻ chia những lúc khó khăn trong cuộc sống. Luận văn cũng là món quà tinh thần mà tôi trân trọng gửi tặng đến các thành viên trong gia đình. Cuối cùng xin gửi đến những ngƣời thân yêu, các bạn, các anh chị, các đồng nghiệp đã góp ý giúp đỡ về tinh thần cũng nhƣ về kinh nghiệm, kiến thức một lời biết ơn sâu sắc. Ngày tháng năm Tác giả luận văn Nguyễn Ngọc Trung MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ...................................................................................... 1 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................................. 3 MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 4 CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU CÁC CÔNG NGHỆ TRUYỀN KHÔNG DÂY .............. 5 1.1. Khái niệm về công nghệ truyền không dây ......................................................... 5 1.2. Đặc điểm của công nghệ truyền không dây ......................................................... 5 1.3. Các công nghệ không dây hiện tại ...................................................................... 5 1.4. Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng truyền dẫn ............................................. 22 1.5. Kết luận chƣơng ............................................................................................... 25 CHƢƠNG 2 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP THÔNG TIN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ TRUYỀN KHÔNG DÂY LORA…………………………….....................…..26 2.1. Công nghệ không dây LORA ........................................................................... 26 2.2. Vi điều khiển STM32 ....................................................................................... 28 2.3. Camera OV7670............................................................................................... 33 2.4. Màn hình LCD 2.4” ILI9325 ............................................................................ 53 2.5. Thiết kế khối điều khiển ................................................................................... 67 2.6. Thiết kế khối hiển thị LCD ILI 9325 ................................................................ 68 2.7. Thiết kế khối camera ........................................................................................ 73 2.8. Thiết kế khối truyền dữ liệu .............................................................................. 76 2.9. Thiết kế tổng thể sản phẩm ............................................................................... 77 2.10. Kết luận chƣơng. ............................................................................................ 78 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 79 3.1. Thiết kế layout trên phần mềm Altium Designer 18 .......................................... 79 3.2. Làm mạch in .................................................................................................... 82 3.3. Hàn mạch và chạy thử kiểm tra mạch ............................................................... 85 3.4. Tình huống ứng dụng thực tế ............................................................................ 88 3.5. Kết luận chƣơng ............................................................................................... 88 KẾT LUẬN ................................................................................................................ 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 90 PHỤ LỤC................................................................................................................... 91 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AC Alternating Current Điện áp xoay chiều ADC Analog to Digital Converter Mạch chuyển đổi tƣơng tự ra số ARM Advanced RISC Machine Cấu trúc vi xử lý 32 bit và 64 bit BLE Bluetooth Low Energy Bluetooth năng lƣợng thấp CCK Complimentary Code Keying Mã khóa bổ sung CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm dƣ chu trình CSMA Carrier Sense Multiple Access Đa truy nhập cảm nhận sóng mang DAC Digital-to-Analog Converter Mạch chuyển đổi số ra tƣơng tự DECT Digital Enhanced Cordless Telecommunications Kỹ thuật số không dây tăng cƣờng viễn thông DMA Direct memory access Truy cập bộ nhớ trực tiếp DSL Digital subscriber line Dòng thuê bao kỹ thuật số DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Phổ lan truyền dãy trực tiếp DTE Data Terminal Equipment Thiết bị cuối xử lý dữ liệu EDR Enhanced Data Rate Tốc độ dữ liệu nâng cao FHSS Frequence Hopping Spread Spectrum Phổ lan truyền nhảy tần FPU Float Point Unit Xử lý dấu phẩy động FSM Finite state machine Bộ điều khiển bộ nhớ tĩnh linh hoạt GAP Generic Access Profile Cấu hình truy cập chung GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu HMI Human Machine Interface Giao tiếp ngƣời với máy HS High Speed Tốc độ cao IEEE Institute of Electrical and Electronics Viện kỹ sƣ điện và điện tử Engineers IPv6 Internet Protocol version 6 Giao thức Internet phiên bản 6 ISI Intersymbol Interference Nhiễu giao thoa ISM Institute for Supply Management Chỉ số của viện quản lý cung ứng Hoa Kỳ Index ISP Internet service provider Nhà cung cấp dịch vụ internet JTAG Joint Test Action Group Tiêu chuẩn cho thiết bị trên chip trong tự động hóa thiết kế điện tử LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng LED Light Emitting Diode Điot phát quang MAC Medium Access Control Kiểm soát truy cập phƣơng tiện truyền thông MEMS Micro Electro Mechanical Systems Hệ vi điện cơ MMC Multi Media Card Thẻ nhớ có bộ nhớ flash OFDM Orthogonal Frequency-Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao PHY Physical Layers Lớp vật lý PLL Phase Locked Loop Vòng khóa pha PWM Pulse-width modulation Điều chế độ rộng xung QVGA Quarter Video Graphics Array Độ phân giải hiển thị màn hình là 320x240 RF Radio frequency Tần số vô tuyến RGB Red Green Blue Mô hình màu đỏ, xanh lục, xanh lam RTC Real-Time control Hệ thống kiểm soát thời gian thực RTOS Real Time Operating System Hệ điều hành thời gian thực SCCB Serial Camera Control Bus Bus điều khiển camera tuần tự SD Secure Digital Thẻ nhớ lƣu trữ dữ liệu SPI Serial Peripheral Interface Giao diện ngoại vi nối tiếp TI Texas Instruments Tập đoàn lớn của Hoa Kỳ TFT Thin Film Transistor Bóng bán dẫn dạng phim mỏng USB Universal Serial Bus Chuẩn kết nối tuần tự đa dụng VGA Video Graphics Array Chuẩn hiển thị máy tính VSYN Vertical Synchronization Đồng bộ số khung hình trên giây WEB World Wide Web Mạng lƣới toàn cầu WLAN Wireless local area network Mạng cục bộ không dây DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Công nghệ Bluetooth. ................................................................................... 6 Hình 1.2. Cấu hình phần cứng chính của BLE. ........................................................... 11 Hình 1.3. Broadcasting và Observing. ........................................................................ 12 Hình 1.4. Công nghệ Wifi........................................................................................... 13 Hình 1.5. Công nghệ ZigBee. ..................................................................................... 18 Hình 2.1. Kiến trúc của STM32 nhánh Performace và Access. ................................... 29 Hình 2.2. Kit STM32F407VG Discovery. .................................................................. 32 Hình 2.3. Module OV7670 FIFO. ............................................................................... 34 Hình 2.4. Mặt sau module camera OV7670. ............................................................... 34 Hình 2.5. Ảnh 5x5 pixel. ............................................................................................ 36 Hình 2.6. Mô hình màu RGB. ..................................................................................... 37 Hình 2.7. Phân giải của một hình ảnh thành các thành phần Y, Cb và Cr. ................... 37 Hình 2.8. Đồng bộ dòng. ............................................................................................ 40 Hình 2.9 Mô tả tín hiệu một frame ảnh VGA (640x480). ............................................ 41 Hình 2.10 Sơ đồ khối chức năng SCCB tổng quát sử dụng 3 dây ................................ 41 Hình 2.11. Sơ đồ khối chức năng SCCB tổng quát sử dụng 2 dây. .............................. 42 Hình 2.12. Quá trình truyền dữ liệu của SCCB 3 dây.................................................. 43 Hình 2.13. Tín hiệu báo hiệu Start. ............................................................................. 43 Hình 2.14. Tín hiệu báo hiệu Stop. ............................................................................. 44 Hình 2.15. Tín hiệu báo hiệu Start/Stop của I2C. ........................................................ 44 Hình 2.16. Pha truyền dữ liệu trong SCCB. ................................................................ 45 Hình 2.17. Chu kỳ ghi dữ liệu 3 pha trong SCCB. ...................................................... 45 Hình 2.18. Chu kỳ đọc dữ liệu 2 pha trong SCCB....................................................... 46 Hình 2.19. Ghi dữ liệu vào thanh ghi OV7670. ........................................................... 47 Hình 2.20. Sơ đồ thuật toán đọc dữ liệu vào thanh ghi OV 7670................................. 47 Hình 2.21. Ví dụ về cửa sổ 320x240. .......................................................................... 51 Hình 2.22. Mạch điều khiển tỷ lệ hình ảnh. ................................................................ 53 Hình 2.23. Màn hình TFT ILI9325 2.4 Inch................................................................ 54 Hình 2.24. Mặt sau màn hình ILI9325. ....................................................................... 54 Hình 2.25. Giao diện bus dữ liệu 16 bit. ..................................................................... 57 Hình 2.26. Sơ đồ nguyên lý kết nối KIT STM32F407VGT......................................... 67 Hình 2.27. Sơ đồ nguyên lý kết nối chân KIT STM32H743ZI. ................................... 68 Hình 2.28. Giao tiếp 16 bit với ILI9325. ..................................................................... 69 Hình 2.29. Tín hiệu Reset. .......................................................................................... 69 Hình 2.30. Chu kỳ ghi dữ liệu với ILI9325. ................................................................ 69 Hình 2.31. Quá trình ghi dữ liệu với ILI9325.............................................................. 70 1 Hình 2.32. Giản đồ thời gian tín hiệu của ILI9325. ..................................................... 71 Hình 2.33. Tham số thời gian tín hiệu của ILI9325. .................................................... 72 Hình 2.34. Sơ đồ kết nối chi tiết module OV7670 ...................................................... 73 Hình 2.35. Lƣu đồ thuật toán ghi dữ liệu thanh ghi camera OV7670 .......................... 74 Hình 2.36. Lƣu đồ thuật toán đọc dữ liệu thanh ghi camera OV7670 .......................... 75 Hình 2.37. Giản đồ thời gian tín hiệu RGB565 ........................................................... 75 Hình 2.38. Lƣu đồ cấu hình chế độ hoạt động của Camera OV7670 ........................... 76 Hình 2.39. Kết nối USART với KIT STM32 .............................................................. 77 Hình 2.40. Sơ đồ khối tổng thể sản phẩm. .................................................................. 77 Hình 3.1. Giao diện Altium 18.................................................................................... 80 Hình 3.2. Mẫu 3D Altium 18 ...................................................................................... 80 Hình 3.3. Mạch hiển thị LCD ..................................................................................... 81 Hình 3.4. Mạch in kết nối Camera .............................................................................. 81 Hình 3.5. Hình ảnh 3D của hệ thống ........................................................................... 82 Hình 3.6. Giấy nhiệt vàng khi mới in mạch in lên ....................................................... 83 Hình 3.7. Phíp đồng chuẩn bị để làm mạch ................................................................. 83 Hình 3.8. Dùng bàn là ủi nhiệt .................................................................................... 84 Hình 3.9. Dung dịch FeCl3 để lắc mạch in ................................................................. 84 Hình 3.10. Mạch cắm module OV7670 ...................................................................... 85 Hình 3.11. Mạch cắm LCD ......................................................................................... 86 Hình 3.12. Hình ảnh bắt đƣợc từ camera..................................................................... 87 Hình 3.13. Sản phẩm sau khi hoàn thiện ..................................................................... 87 2 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Các phiên bản của ZigBee .......................................................................... 18 Bảng 2.1. So sánh công nghệ không dây LORA với công nghệ khác .......................... 26 Bảng 2.2. Sơ đồ chân .................................................................................................. 35 Bảng 2.3. Dữ liệu ảnh đƣợc lƣu trữ thành từ (4 byte) .................................................. 38 Bảng 2.4. Thứ tự dữ liệu đến dạng YCbCr422 ............................................................ 38 Bảng 2.5. Các điểm ảnh YCbCr422 ............................................................................ 39 Bảng 2.6. Các thanh ghi cài đặt tần số dao động nội Camera ...................................... 48 Bảng 2.7. Thiết lập định dạng ảnh cho Camera OV7670 ............................................ 49 Bảng 2.8. Thứ tự tín hiệu YUV................................................................................... 50 Bảng 2.9. Thiết lập độ phân giải QVGA, CIF, QCIF .................................................. 50 Bảng 2.10. Các thanh ghi thiết lập cửa sổ ................................................................... 51 Bảng 2.11. Thanh ghi điều khiển tín hiệu đồng bộ của Camera................................... 52 Bảng 2.12. Sơ đồ chân ................................................................................................ 55 3 MỞ ĐẦU Trải qua quá trình phát triển của con ngƣời, từ xa xƣa điện tử đã đƣợc đƣa vào sử dụng trong đời sống và sản xuất nhƣng lúc đó chỉ là những sản phẩm điện tử đơn giản nhƣ: bóng đèn, quạt điện... cho đến ngày nay với những sản phẩm điện tử phức tạp hơn: điện thoại, máy tính, tivi, máy giặt, cho đến những dây chuyền máy móc trong nhà máy, xí nghiệp... Hầu nhƣ bất kỳ ở đâu, bất kỳ ai thì việc sử dụng những thiết bị điện tử không còn quá xa lạ, nó có mặt ở khắp mọi nơi tất cả tạo nên những giá trị vật chất nhằm phục vụ đời sống cho con ngƣời, giảm gánh nặng cho ngƣời lao động trong sản xuất . Và từ đó điện tử trở thành một phần không thể thiếu đối với xã hội con ngƣời, nhất là ở thế giới công nghiệp hiện đại hóa nhƣ bây giờ. Hiểu rõ đƣợc tầm quan trọng đó cùng với việc áp dụng những kiến thức đã học cũng nhƣ tích luỹ thêm kinh nghiệm trong thiết kế mạch, đồng thời tìm hiểu họ vi điều khiển, em đã chọn làm luận văn với đề tài : “Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu sử dụng công nghệ truyền không dây LORA”. Việc làm luận văn đã giúp cho tôi có cơ hội áp dụng những kiến thức đã học trong nhà trƣờng đồng thời trau dồi thêm kiến thức thực tiễn. Tuy nhiên, do còn hạn chế về kinh nghiệm thực tế, tài liệu tham khảo, nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô trong hội đồng góp ý xây dựng để luận văn của tôi đƣợc hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy! 4 CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU CÁC CÔNG NGHỆ TRUYỀN KHÔNG DÂY Chƣơng đầu tiên này sẽ trình bày những nội dung cơ bản về các công nghệ truyền không dây: các khái niệm, đặc điểm, nguyên tắc hoạt động và những ứng dụng của công nghệ truyền không dây trong đời sống. 1.1. Khái niệm về công nghệ truyền không dây Công nghệ truyền không dây là công nghệ cho phép hai hay nhiều thiết bị kết nối với nhau bằng cách sử dụng 1 giao thức khác nhau mà không cần những kết nối bằng dây mạng hay đƣờng dây điện thoại. 1.2. Đặc điểm của công nghệ truyền không dây Công nghệ truyền không dây thƣờng sử dụng sóng radio hay sóng cực ngắn để duy trì các kênh truyền thông, các thiết bị truyền thông với nhau. Tín hiệu không dây đƣợc lan truyền trong không khí và đƣợc nhận và đƣợc hiểu bằng ăng ten thích hợp. Khi một ăng ten đƣợc gắn vào mạch điện của máy tính hoặc thiết bị không dây, ăng ten sẽ chuyển đổi dữ liệu số thành tín hiệu không dây và trải rộng trên phạm vi tần số của nó. Ở đầu còn lại nhận đƣợc tín hiệu này và chuyển đổi chúng trở lại dữ liệu kỹ thuật số. 1.3. Các công nghệ không dây hiện tại 1.3.1. Bluetooth 1.3.1.1. Khái niệm về Bluetooth Bluetooth là sự trao đổi dữ liệu không dây tầm gần giữa các thiết bị điện tử. Công nghệ này hỗ trợ việc truyền dữ liệu qua các khoảng cách ngắn giữa các thiết bị di động với nhau và với thiết bị cố định mà không cần sợi cáp nào để truyền tải. Bluetooth sử dụng sóng Radio tần số 2.4GHz. Tuy sử dụng cùng tần số với công nghệ Wifi nhƣng chúng không hề xung đột với nhau vì Bluetooth sử dụng tần 5 số có bƣớc sóng ngắn hơn. Bluetooth là một chuẩn điện tử, điều đó có nghĩa là các hãng sản xuất muốn có đặt tính này trong sản phẩm thì họ phải tuân theo các yêu cầu của chuẩn của Bluetooth cho sản phẩm của mình. Những chỉ tiêu kỹ thuật này bảo đảm cho các thiết bị có thể nhận ra và tƣơng tác với nhau khi sử dụng công nghệ Bluetooth. Hình 1.1: Công nghệ Bluetooth. 1.3.1.2. Các chuẩn kết nối Bluetooth + Bluetooth 1.0: Tốc độ xấp xỉ 1Mbps nhƣng gặp nhiều vấn đề về tính tƣơng thích. + Bluetooth 1.1: Phiên bản sửa lỗi của 1.0 nhƣng không thay đổi tốc độ. + Bluetooth 1.2: Thời gian dò tìm và kết nối nhanh hơn giữa các thiết bị, tốc độ truyền tải nhanh hơn so với chuẩn 1.1. + Bluetooth 2.0 +EDR: Đƣợc công bố vào tháng 7/2007 chuẩn mới này này ổn định hơn và cho tốc độ chia sẻ nhanh hơn, đồng thời tiết kiệm năng lƣợng khi sử dụng. + Bluetooth 2.1 +EDR: Bên cạnh những ƣu điểm của bản 2.0, Bluetooth 2.1 còn có thêm cơ chế kết nối phạm vi nhỏ. + Bluetooth 3.0 + HS (High Speed): Đƣợc giới thiệu vào 21/4/2009, chuẩn kết nối này có tốc độ lý thuyết lên đến 24Mbps. Những thiết bị hỗ trợ Bluetooth 3.0 6 nhƣng không có +HS sẽ không đạt đƣợc tốc độ trên. Tuy tốc độ cao nhƣng Bluetooth vẫn chỉ hỗ trợ nhu cầu chia sẻ nhanh file có dung lƣợng thấp hay kết nối với loa, tai nghe… + Bluetooth 4.0: Ra mắt tháng 6/2010, phiên bản 4.0 là sự kết hợp của “classis Bluetooth” (Bluetooth 2.1 và 3.0 ), tức là vừa truyền tải nhanh lại còn tiết kiệm năng lƣợng hơn. + Bluetooth 4.1: Năm 2014, Bluetooth nâng cấp lên bản 4.1 cải thiện tình trạng chồng chéo dữ liệu của Bluetooth với mạng 4G, tối đa hóa hiệu năng nhờ tự điều chỉnh băng thông, đồng thời tiết kiệm năng lƣợng hơn nhờ tối ƣu thời gian chờ kết nối lại. + Bluetooth 4.2: Là một bản nâng cấp nữa trong năm 2014, cải thiện tốc độ truyền tải lên đến 2.5 lần so với v4.1, tiết kiệm năng lƣợng hơn, hạn chế lỗi kết nối cũng nhƣ bảo mật tốt. Đồng thời tính năng quan trọng nhất là hỗ trợ chia sẻ kết nôi mạng internet theo giao thức IPv6 [2, tr.529]. 1.3.1.3. Ứng dụng của Bluetooth Hầu hết mọi ngƣời đã quen thuộc với tai nghe Bluetooth, nhƣng thực tế là nó có thể làm đƣợc nhiều hơn vậy. Bluetooth cho phép kết nối và trao đổi thông tin giữa các thiết bị nhƣ điện thoại di động, điện thoại cố định, máy tính bảng, máy tính xách tay, máy in, thiết bị định vị dùng GPS, máy ảnh số, và thiết bị chơi game cầm tay. Tất cả đã cho thấy kết nối này Bluetooth đang dần trở thành phần quan trọng trong cuộc sống hiện đại ngày nay. Để ghép hai thiết bị Bluetooth với nhau, bạn phải “pair” (kết đôi) chúng với nhau. Ví dụ, bạn có thể ghép chuột Bluetooth và máy tính, tai nghe với điện thoại hay điện thoại với laptop. Các ứng dụng nổi bật của Bluetooth gồm: + Điều khiển và giao tiếp không giây giữa một điện thoại di động và tai nghe không dây. 7 + Mạng không dây giữa các máy tính cá nhân trong một không gian hẹp đòi hỏi ít băng thông. + Giao tiếp không dây với các thiết bị vào ra của máy tính, chẳng hạn nhƣ chuột, bàn phím và máy in. + Thay thế các giao tiếp nối tiếp dùng dây truyền thống giữa các thiết bị đo, thiết bị định vị, thiết bị y tế, máy quét mã vạch, và các thiết bị điều khiển giao thông. + Thay thế các điều khiển dùng tia hồng ngoại. + Gửi các mẩu quảng cáo nhỏ từ các pa-nô quảng cáo tới các thiết bị dùng Bluetooth khác. + Điều khiển từ xa cho các thiết bị trò chơi điện tử. + Kết nối Internet cho máy tính bằng cách dùng điện thoại di động thay modem. 1.3.1.4. Ƣu và nhƣợc điểm của công nghệ Bluetooth Ƣu điểm: + Thay thế hoàn toàn dây nối. + Hoàn toàn không nguy hại đến sức khoẻ con ngƣời. + Bảo mật an toàn với công nghệ mã hóa trong. Một khi kết nối đƣợc thiết lập thì khó có một thiết bị nào có thể nghe trộm hoặc lấy cắp dữ liệu. + Các thiết bị có thể kết nối với nhau trong vòng 20m mà không cần trực diện (hiện nay có loại Bluetooth kết nối lên đến 100m). + Kết nối điện thoại và tai nghe Bluetooth khiến cho việc nghe máy khi lái xe hoặc bận việc dễ dàng. + Giá thành rẻ. + Tốn ít năng lƣợng, chờ tốn 0.3mAh. 8 + Không gây nhiễu các thiết bị không dây khác. + Tính tƣơng thích cao nên đƣợc nhiều nhà sản xuất phần cứng và phần mềm hỗ trợ. Nhƣợc điểm: + Tốc độ thấp, khoảng 720kbps tối đa. + Bắt sóng kém khi có vật cản. + Thời gian thiết lập lâu. 1.3.1.5. Các giải pháp an toàn bảo mật trong Bluetooth Để đảm bảo an toàn cho thiết bị ngƣời sử dụng cần lƣu ý một số điều sau: + Chỉ mở Bluetooth khi cần thiết. + Giữ thiết bị ở chế độ „hidden‟. + Kiểm tra định kỳ danh sách các thiết bị đã paired. + Nên mã hóa khi thiết lập Bluetooth với máy tính. + Sử dụng các phần mềm diệt virus, quét virus định kỳ. 1.3.2. Bluetooth Low Energy (BLE) Trƣớc hết cần nói rằng BLE không phải là tất cả, nó không thay thế hoàn toàn các chuẩn truyền thông không dây khác nhƣ Wifi, Zigbee, hay thậm chí là Bluetooth Classic (2.0). Nó đƣợc thiết kế với mục đích chuyên biệt hơn, với miền ứng dụng cụ thể hơn. BLE (Bluetooth 4.0 trở đi) đƣợc thiết kế cho các ứng dụng: - Siêu tiết kiệm năng lƣợng, cho phép thiết bị hoạt động trong vài tháng hoặc vài năm chỉ với một viên pin đồng xu (coin-cell battery). - Khoảng cách ngắn, hoạt động ổn định trong phạm vi 10m. 9 - Dữ liệu truyền tải không lớn, thích hợp cho các ứng dụng điều khiển không liên tục, cảm biến. - Các ứng dụng điển hình sử dụng BLE nhƣ thiết bị theo dõi sức khỏe, beacons, nhà thông minh, an ninh, giải trí, cảm biến tiệm cận, ô tô. Trung tâm của một hệ thống ứng dụng BLE thƣờng là Smart phones, tablets và PCs. 1.3.2.1. Điều gì làm BLE trở nên khác biệt - Sự phát triển mạnh của các thiết bị thông minh dẫn đến nhu cầu kết nối các thiết bị với bên ngoài tăng mạnh. Trong khi BLE đƣợc tích hợp trong hầu hết các điện thoại thông minh. - Giá thành thấp. - BLE cho phép các thiết bị có thể “nói chuyện” với các nền tảng di động hiện đại. - Một số thiết bị chỉ cần truyền nhận một lƣợng nhỏ dữ liệu cho mỗi chu kỳ kết nối và chúng cũng cần tiết kiệm năng lƣợng, ví dụ nhƣ thiết bị theo dõi nhịp tim, thiết bị quản lý trẻ em, v..v. - BLE có mô hình dữ liệu tƣơng đối dễ hiểu, không cần chi phí giấy phép với một Protocol stack không quá phức tạp [7, tr.263]. 1.3.2.2. Các khối chính của thiết bị Bluetooth Mỗi thiết bị Bluetooth gồm 3 khối chính sau: - Application: Ứng dụng ngƣời dùng giao tiếp với Bluetooth protocol stack. - Host: Các lớp trên của Bluetooth protocol stack. - Controller: Các lớp dƣới của Bluetooth protocol stack, bao gồm chức năng truyền nhận radio. (Bluetooth Protocol Stack: Bộ giao thức dạng stack cho phép các thiết bị Bluetooth thiết lập, kết nối, truyền nhận dữ liệu với nhau). Ba khối chính của một 10 thiết bị Bluetooth đƣợc tích hợp vào phần cứng theo nhiều kiểu khác nhau, dƣới đây là 3 kiểu cấu hình phần cứng chính: Hình 1.2. Cấu hình phần cứng chính của BLE. 1.3.2.3. Các giới hạn chính của BLE - Thông lƣợng dữ liệu nhỏ: Tần số điều chế của sóng BLE trong không gian là 1Mbps. Đây là giới hạn trên của thông lƣợng theo lý thuyết. Tuy nhiên trong thực tế tham số này nhỏ hơn do ảnh hƣởng của nhiều yếu tố. - Khoảng cách gần. Các yếu tố ảnh hƣởng đến khoảng cách truyền thông nhƣ môi trƣờng hoạt động, thiết kế anten, vật cản, hƣớng thiết bị, v..v. BLE tập trung vào các ứng dụng truyền thông trong phạm vi gần. Với BLE ta có: - Khoảng cách lý thuyết: 100m (điều kiện tốt). - Khoảng cách khả thi: 30m. - Khoảng cách thƣờng đƣợc sử dụng: 2-5m. 11 1.3.2.4. Mô hình mạng truyền thông cho BLE Một thiết bị BLE có thể giao tiếp với bên ngoài thông qua 2 cơ chế: Broadcasting hoặc Connection. Mỗi cơ chế có thế mạnh và giới hạn riêng, cả hai đƣợc thiết lập bởi GAP (Generic Access Profile). Hình 1.3. Broadcasting và Observing. Thiết bị Broadcaster: Gửi các gói tin quảng bá phi kết nối đến bất kỳ thiết bị nào có thể nhận. Thiết bị Observer: Quét liên tục theo tần số đặt trƣớc để nhận các gói tin quảng bá phi kết nối. Đây là kiểu truyền thông cho phép một thiết bị có thể truyền dữ liệu đến nhiều thiết bị khác nhau cùng lúc (một chiều). Đây là cơ chế nhanh chóng và dễ sử dụng, là lựa chọn tốt nếu muốn truyền lƣợng nhỏ dữ liệu đến nhiều thiết bị cùng lúc. Hạn chế là dữ liệu không đƣợc bảo đảm an ninh, vì thế không phù hợp để truyền các dữ liệu nhạy cả. 1.3.3. Wifi 1.3.3.1. Định nghĩa wifi Wifi là từ viết tắt của Wireless Fidelity, sử dụng sóng vô tuyến để truyền tín hiệu. Loại sóng vô tuyến này tƣơng tự nhƣ sóng điện thoại, truyền hình và radio. Và 12