MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Đề tài: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN XE BẰNG SMARTPHONE QUA BLUETOOTH

ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ BÁO CÁO 60% MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Đề tài: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN XE BẰNG SMARTPHONE QUA BLUETOOTH SVTH: NGUYỄN ĐÌNH AN NGUYỄN NGỌC ĐỨC LÝ GIA HUY NHÓM: LỚP: 19CD111 GVHD: T.S NGÔ KIM LONG Đồng nai 2021 MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Ngày tời đại tiên tiến công nghệ khoa học kỹ thuật, thành tựu cánh mạng 4.0 làm cho sống ngày phát triển Với phát triển khơng ngừng phát triển nhiều đồ chơi công nghệ tiên tiến nhiều dạng khác điều khiển xe SmartPhone qua Bluetooth sử dụng đa dạng phong phú 1.1.1 Mục tiêu nghiên cứu đề tài Là mục tiêu nghiên cứu sử dụng Bluetooth để điều khiển xe mơ hình với tính quẹo trái, quẹo phải, tiến tới, lùi Người sử dụng điều khiển xe mơ hình hoạt động theo ý muốn người điều khiển Smartphone 1.1.2 Phạm vi nghiên cứu Phần cứng: • Đấu nối thiết bị ngoại vi, với vi xử lý trung tâm • Xử lý vấn đề phần cứng phát sinh gây nhiễu Phần mềm: • Nghiên cứu đưa giải pháp lập trình 1.1.3 • • • Kết đạt Thay đồ chơi truyền thống chạy motor ko có điều khiển thay thành đồ chơi công nghệ 4.0 điểu khiển theo chức nút nhấn Smartphone Có thể ứng dụng vào phát triển điều khiển robot xếp kho kho phân loại Có thể ứng dụng điều khiển cửa tự động Smartphone CHƯƠNG CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH CĨ TRONG MẠCH 2.1 Phân tích để tài Trong đề tài nhóm, nhóm chúng em sử dụng mạch kit STM32F407DISCOVERY để kết nối với Bluetooth điều khiển cho động DC.với điều khiển Smartphone với nút nhấn tương ứng cho chức nút nhấn sang trái , sang phải , tiến , lui Hình 2.1 Phần mềm điều khiển smartphone Tổng quan Bluetooth Bluetooth chuẩn kết nối không dây tầm ngắn, thiết kế cho kết nối thiết bị cá nhân hay mạng cục nhỏ, phạm vi băng tần từ 2,4 đến 2,485 GHz Bluetooth thiết kế hoạt động 79 tần số đơn lẻ Khi kết nối, tự động tìm tần số tương thích để di chuyển đến thiết bị cần kết nối khu vực nhằm đảm bảo liên tục Về tầm phủ sóng, bluetooth có class: class có cơng suất 100mW với tầm phủ sóng gần 100m; class có cơng suất 2,5mW, tầm phủ sóng khoảng 10m; class 1mW với tầm phủ sóng khoảng 5m Bản thân bên bluetooth tập hợp nhiều giao thức hoạt động khác Ví dụ, A2DP (Advanced Audio Distribution Profile) chế truyền dẫn âm stereo qua sóng bluetooth tới tai nghe, loa; FTP (File Transfer Protocol) chế chuyển đổi liệu qua kết nối bluetooth thiết bị (hay gọi File Transfer Services); hay OBEX, phát triển nhà mạng Verizon, cho phép xóa liệu thơng qua bluetooth Hình 2.2 Sơ đồ khối 2.2 Lựa chọn phần cứng - Động giảm tốc vàng - Kit STM32F407VGT Discovery - Module Bluetooth HC05 - Hộp đế pin 18650 cell - Module L298 Mạch cầu H điều khiển động DC - Đế robot mica trắng - Cáp màu đực - Công tắc bập bênh KCD1 2.2.1 Động giảm tốc vàng: Là mẫu động sử dung nhiều để thiết kế loại robot mơ hình Phục vụ cho sinh viên học tập nghiên cứu chế tạo Với giá thành rẻ, dễ sử dụng mang tính ưu việt nên động sử dụng nhiều với sinh viên nghành kĩ thuật, điều khiển trực tiếp cấp nguồn với tốc độ cố định Sau số hình ảnh thơng số kĩ thuật đơng Hình 2.3 Động vàng Thơng số kĩ thuật động cơ:  Điện áp hoạt động:3V~ 9V DC (Hoạt động tốt từ - 8V)  Mômen xoắn cực đại: 800gf cm 1:48 (3V)  Tốc độ khơng tải: 125 Vịng/ Phút (3V)  (Với bánh 66mm: 26m/1p)  208 Vòng/ Phút (5V)  (Với bánh 66mm: 44m/1p)  Dịng khơng tải động cơ: 70mA (250mA MAX) với áp hoạt động 3V  Nội trở cuộn dây 6.5 Ohm  Thông số cuộn dây 0.77mH 2.2.2 Kit STM32F407VGT Discovery: Kit STM32F407 Discovery với vi điều khiển hiệu suất cao, cho phép người dùng dễ dàng phát triển ứng dụng xử lý tín hiệu số (hình ảnh, video…) Nó bao gồm cơng cụ ST-LINK tích hợp sẵn bảng mạch giúp nạp chương trình, gỡ lỗi nhanh chóng Là loại kit sử dụng nhiều vi điều khiển ARM Nếu so sánh ngoại vi sức mạnh STM32 so với dịng ARM hãng khác tầm giá, ARM ST vượt trội cấu hình ngoại vi nhiều Hình 2.4 Kit STM32F407 Discovery Sau thông số kĩ thuật :  Vi điều khiển chính: STM32F407VG microcontroller featuring 32-bit ARM Cortex-M4F core, MB Flash, 192 KB RAM in an LQFP100 package  Tích hợp sẵn mạch nạp Debug ST-LINK/V2 with selection mode switch to use the kit as a standalone ST-LINK/V2 (with SWD connector for programming and debugging)  Nguồn cấp từ cổng Mini USB qua IC nguồn chuyển thành 3v3 để cấp cho MCU  Có sẵn chân nguồn: V and V  Có sẵn cảm biến gia tốc: LIS302DL, ST MEMS motion sensor, 3-axis  Có sẵn xử lý âm thanh: MP45DT02, ST MEMS audio sensor, omnidirectional digital microphone  Có sẵn bộ: CS43L22, audio DAC with integrated class D speaker driver  Có sẵn Led  Có Led thơng báo trạng thái nguồn  Có nút nhấn nút Reset tích hợp  Có cổng Micro USB OTG  DSP Application 2.2.3 Module Bluetooth HC05: Module thu phát Bluetooth HC-05 dùng để thiết lập kết nối Serial thiết bị sóng bluetooth Điểm đặc biệt module bluetooth HC-05 module hoạt động chế độ: MASTER SLAVE Trong đó, bluetooth module HC-06 hoạt động chế độ SLAVE + Ở chế độ SLAVE: bạn cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb bluetooth để dị tìm module sau pair với mã PIN 1234 Sau pair thành cơng, bạn có cổng serial từ xa hoạt động baud rate 9600 + Ở chế độ MASTER: module tự động dò tìm thiết bị bluetooth khác (1 module bluetooth HC-06, usb bluetooth, bluetooth laptop…) tiến hành pair chủ động mà khơng cần thiết lập từ máy tính smartphone Hình 2.5 Module HC-05 Hình 2.6 Sơ đồ chân  Điện áp hoạt động: 3.3 ~ 5VDC  Mức điện áp chân giao tiếp: TTL tương thích 3.3VDC 5VDC  Dòng điện hoạt động: Pairing 30 mA, sau pairing hoạt động truyền nhận bình thường mA  Baudrate UART chọn được: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200  Kích thước: 37 x 15.6mm 2.2.4 Module L298 Mạch cầu H điều khiển động DC: Module L298 dùng để chế xe điều khiển, xe dò đường, thiết bị sử dụng Motor DC động bước… sử dụng kết hợp với vi điều khiển Hình 2.7 Module L298 Hình 2.8Sơ đồ chân • Có cầu H • Sử dụng IC công suất L298N (ST NEW) • Điện áp tín hiệu 5V/ 0mA-36mA • Điện áp hoạt động động 5V-35V • Dịng điều khiển động 2A/1 mạch cầu H • Nhiệt độ hoạt động -20 tới +135 • Cơng suất đầu cầu H 25W • Trọng lượng 30g • Kích thước 43*43*27mm 10 2.2.5 Đế robot mica trắng: - Được thiết kế mica trắng, gồm bánh xe có bánh tự lựa Bộ khung xe robot bánh mica phù hợp làm dự án Xe dị đường, Xe điều khiển, Xe thơng minh, Smart car robot, Hình 2.9 Đế robot mica trắng - Chất liệu nhưa mica Khung xe robot bánh, khung robot 12cm x 21.3CM 11 2.2.6 Hộp đế pin 18650 cell: - Được dùng để cấp nguồn cho xe hoạt động qua pin 18650 Hình 2.10 Hộp đế pin 18650 cell Hộp đế pin 18650 cell – Các Cell pin nối tiếp với với điện áp tối đa: 4.2 x – Dây màu đỏ + – Dây màu đen – 12 2.2.7 Cáp màu đực cái: - Được dùng để kết nối chân linh kiện lại với nhau, bo mạch để mơ hình hoạt động Hình 2.11 Cáp màu đực - Cáp màu 20cm 40P đực-cái (40 sợi) 13 2.2.8 Công tắc bập bênh KCD1: Hình 2.12Cơng tắc bập bênh KCD1 - 2.3 Công Tắc Bập Bênh 6A 250V Công Tắc ON OFF Đen mini Công tắc bật/tắt: 3A-250vAC , 6A-125vAC Màu sắc: Đen Loại hàn dây chân / chân Kích thước: 19x12mm Phần mềm hỗ trợ lập trình: 2.3.1 STM32CubeMX: STM32CubeMX cơng cụ hỗ trợ cấu hình tạo code cho MCU STM32 Tất công việc cấu hình, nâng cấp thực qua giao diện đồ họa Việc giúp cho việc lập trình STM32 dễ dàng hơn, rút ngắn thời gian nghiên cứu phát triển 14 Hình 2.13 Phần mềm STM32CubaMx 2.3.2 KeilC V5 Hiện có nhiều trình biên dịch ngơn ngữ C cho 8051 Mikro C, IAR, SDCC, Reads 51 … µVision mơi trường phát triển tích hợp (IDE: Integrated Development Environment, trình soạn thảo ngơn ngữ C, trình biên dịch debug) công ty Keil Software, thường gọi Keil C Keil C môi trường phát triển mạnh sử dụng rộng rãi Nó hỗ trợ ta viết chương trình cho chip vi điều khiển lõi 8051 ARM tất hãng giới Hình 2.14 Phần mềm KeilC Version 15 CHƯƠNG THIẾT KẾ 3.1 Bài toán đặt Thiết kế điều khiển xe thẳng, lùi ,qua trái, qua phải Bluetooth Như vậy, vi điều khiển STM32 nhận tín hiệu điều khiển từ module Bluetooth HC-05 di chuyển tiến, lui, qua trái , qua phải Dựa vào thơng số thiết bị, ta có thơng số ngõ vào phù hợp với thiết bị PORT GPIOD GPIOA PIN PIN PIN11 PIN13 PIN15 PIN10 PIN9 CẤU HÌNH OURTPUT USART1-TX USART1-RX Bảng 3.1 cấu hình IN-OU cho vi điều khiển - Ta có sơ đồ nối chân vi điều khiển thiết bị kết nối sau: PD9, PD11,PD13,PD15 – nối với chân in1,in2,in3,in4 module L298 PA9 – nối với chân RX HC-05 PA10- nối với chân TX HC-05 Hình 3.1 Sơ đồ kết nối 16 3.2 Các bước thực cấu hình sơ đồ giải thuật: - Đầu tiên, ta mở phần mềm STM32CubeMxleen, mở Project mới, chọn dịng chip STM32f407VGTx Hình 3.2 Phần mềm CubeMx 17 - Tiếp theo ta cấu hình cổng IN/OUT, TX,RX Hình 3.3 Phần mềm CubeMx -Cài đặt thơng số cho STM32F407VG 18 Hình 3.4 Phần mềm CubeMx - Sau đặt tên dự án, chọn thư mục lưu chọn phiên KeilC, cuối nhấn Generate Code để sinh code: Hình 3.5 Phần mềm CubeMx - Sau tạo code xong ta mở phần mềm KeilC bắt đầu viết chương trình Hình 3.6 Phần mềm Kail5 19 - Sơ đồ giải thuật Hình 3.7 sơ đồ giải thuật 3.3 CODE trương trình CODE GIẢI THÍCH #include "main.h" Khai báo thư viện vi điều khiển 20 uint8_t fx_data[1]; Khai báo biến sử dụng chương UART_HandleTypeDef huart1; trình: case 'S': HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_9| GPIO_PIN_11|GPIO_PIN_13| GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_RESET); break; case 'B': HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_9| GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_SET); HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_11| GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_RESET); break; case'F': HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_9| GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_RESET); HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_11| GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_SET); break; case'R': Xe dừng chưa điều khiển Điều khiển xe chạy lùi Điều khiển xe chạy tới Điều khiển xe qua phải HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET) ; HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_11| GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_RESET); break; case'L': HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_13,1); HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_9| GPIO_PIN_11|GPIO_PIN_15,0); break; 21 Điều khiển xe qua trái void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) { if( huart->Instance==huart1.Instance) { HAL_UART_Receive_IT(&huart1,fx_data,1); } } 22 Hàm ngắt nhận xong liệu CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Xe thực tế Hình 4.1 mơ hình xe điều khiển 4.2 Kết đạt được: • Kết quả: xe chạy thẳng , chạy lui , sang trái , sang phải • Hạn chế: cần thêm cảm biến va chạm, thêm còi có vật cản 4.3 Kết luận: Xe chạy theo yêu cầu mục tiêu nghiên cứu • Link video tham khảo: https://www.youtube.com/watch? v=CWeKN8WNm3o • https://chotroihn.vn/huong-dan-dieu-khien-tu-xa-bang-modulebluetooth-hc05-thong-qua-smartphone 23 24 ... trợ ta vi? ??t chương trình cho chip vi điều khiển lõi 8051 ARM tất hãng giới Hình 2.14 Phần mềm KeilC Version 15 CHƯƠNG THIẾT KẾ 3.1 Bài toán đặt Thiết kế điều khiển xe thẳng, lùi ,qua trái, qua phải... HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_11| GPIO_PIN_15,GPIO_PIN_SET); break; case'R': Xe dừng chưa điều khiển Điều khiển xe chạy lùi Điều khiển xe chạy tới Điều khiển xe qua phải HAL_GPIO_WritePin(GPIOD,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET)... Bluetooth điều khiển cho động DC.với điều khiển Smartphone với nút nhấn tương ứng cho chức nút nhấn sang trái , sang phải , tiến , lui Hình 2.1 Phần mềm điều khiển smartphone Tổng quan Bluetooth Bluetooth