THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO VA CHẠM TRÊN Ô TÔ VÀ GIỬI ĐỊNH VỊ GPS VỀ CHO NGƯỜI THÂN QUA TIN NHẤN KẾT HỢP VỚI XE ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO VA CHẠM TRÊN Ô TÔ VÀ GIỬI ĐỊNH VỊ GPS VỀ CHO NGƯỜI THÂN QUA TIN NHẤN KẾT HỢP VỚI XE ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG. CÓ SƠ ĐỒ MẠCH, BÀN VẼ MÔ PHỎNG, VÀ CODE HOẠT ĐỘNG.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO VA CHẠM

VÀ BÁO TAI NẠN QUA ĐIỆN THOẠI

Giảng viên hướng dẫn :

Sinh viên thực hiện :

Lớp:

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2021

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN

qua điện thoại.

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập và được sự hướng dẫn tận tình của thầy, đồ án môn họccủa nhóm em với đề tài nghiên cứu hệ thống cảnh báo va chạm và báo tai nạn qua điệnthoại và xây dựng mô hình hệ thống cảnh báo va chạm và báo tai nạn qua điện thoại đãđược gần như là hoàn thành Qua đó, nhóm em đã tìm hiểu được rõ hơn về hệ thốngcảnh báo va chạm và báo tai nạn qua điện thoại Trong đồ án lần này, nhóm em đã họctập được rất nhiều những công việc thực tế bên ngoài So với quá trình học thì thực tếbên ngoài có rất nhiều điều khác biệt Khi làm mô hình thì cũng có nhiều chỗ chưa tốt,

vì thời gian làm đồ án tương đối ngắn và kiến thức còn hạn hẹp nên vấn đề sai sót làkhông thể không xảy ra, song nhóm em cũng đã có những kinh nghiệm và kỹ năngtrong quá trình làm mô hình đồ án lần này

Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy, thầy đã hỗ trợ và giúp đỡ nhóm

em trong suốt quá trình chúng em làm đồ án để hoàn thành tốt đồ án môn học này.Vìkiến thức bản thân chúng em còn hạn chế, trong quá trình học tập, và hoàn thiện đồ ánnày nhóm em không tránh khỏi những sai sót và thiếu sót, kính mong nhận đượcnhững ý kiến đóng góp từ thầy

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp khác thì ô tô luôn là ngành

công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong nền công nghiệp thế giới Trong những năm

gần đây thì các hãng ô tô vẫn không ngừng đưa ra các mẫu xe mới ngày càng tân tiến

hơn, hiện đại hơn Như nhóm chúng em tìm hiểu xe càng tân tiến hiện đại thì hệ thống

điện trên xe càng nhiều và phức tạp hơn Hệ thống cảnh báo va chạm và báo tai nạn

qua điện thoại cũng không kém phần quan trọng Nhiệm vụ quan trọng nhất của hệ

thống cảnh báo va chạm và báo tai nạn qua điện thoại là thiết bị giúp cho người lái

quan sát rõ hơn các góc chết, giảm thiểu tối đa tai nạn xảy ra trong quá trình di chuyểntrên đường, còn một số nhiệm vụ như là báo tin nhắn về điện thoại, giúp cho người

thân biết được tình hình xảy ra va chạm của người điều khiển, giảm thiểu va chạm và

quan trọng nhất vẫn là độ an toàn cho chính người điều khiển Thấy được sự quan

trọng của hệ thống cảnh báo va chạm và báo tai nạn qua điện thoại đối với người điều

khiển ô tô và qua một thời gian do dự, cuối cùng nhóm chúng em cũng đã tìm được đề

tài phù hợp với khả năng và lĩnh vực yêu thích Từ đó nhóm chúng em đã quyết định

chọn đề tài “ Hệ thống cảnh báo va chạm và báo tai nạn qua điện thoại” để tìm hiểu

cho đồ án lần này

So với kiến thức học trên lớp thì thực tế có nhiều cái phức tạp hơn, tầm hiểu

biết cũng hẹp hòi nhưng với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Phụ Thượng Lưu, nhóm

em sẽ cố gắng hoàn thành đồ án đúng thời hạn

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 2

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI HỆ THỐNG CẢNH BÁO VA CHẠM VÀ BÁO TAI NẠN QUA ĐIỆN THOẠI 4

1.1 Đặt vấn đề 4

1.2 Mục tiêu đồ án 4

1.3 Nội dung nhiệm vụ đồ án 5

1.4 Phương pháp nghiên cứu đồ án 5

1.5 Kết cấu của đồ án môn học 5

CHƯƠNG 2: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG CẢNH BÁO VA CHẠM 6

2.1 Khái quát: 6

2.2 Các hệ thống cảnh báo va chạm nổi bật: 7

2.3 Sơ lược về hệ thống PCS (Pre-Collision System) 8

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG CẢM BIẾN VA CHẠM VÀ BÁO TAI NẠN QUA ĐIỆN THOẠI 10

3.1 Khái quát về hệ thống cảm biến va chạm và báo tai nạn qua điện thoại 10

3.2 Nhiệm vụ, tính năng, hoạt động của hệ thống cảm biến va chạm 11

3.2.1 Nhiệm vụ của hệ thống cảm biến va chạm 11

3.2.2 Tính năng của hệ thống cảm biến va chạm 11

3.2.3 Hoạt động của hệ thống cảm biến va chạm 12

3.3 Các bộ phận của hệ thống cảm biến va chạm 13

3.3.1 Cảm biến ADUINO UNO R3 13

3.3.2 Cảm biến BLUTOOTH HC05 19

3.3.3 Cảm biến MODULE L298N 22

Thông số kỹ thuật: 23

3.3.4 Cảm biến MODULE HX711 27

3.3.5 Cảm biến SIM808 31

3.3.6 Cảm biến gia tốc góc nghiêng MPU – 6050 36

3.4 Một số sơ đồ mạch điều khiển hệ thống cảm biến va chạm 41

3.4.1 Sơ đồ mạch điện cảm biến ADUINO UNO R3 41

3.4.2 Sơ đồ mạch điện cảm biến L298 47

3.4.3 Sơ đồ mạch điện cảm biến lực HX711 48

3.4.4 Sơ đồ mạch điện cảm biến gia tốc góc nghiêng MPU – 6050 49

3.4.5 Sơ đồ mạch điện cảm biến Module SIM808 49

CHƯƠNG 4: CHUẨN BỊ VẬT LIỆU VÀ THIẾT BỊ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG CẢNH BÁO VA CHẠM VÀ BÁO TAI NẠN QUA ĐIỆN THOẠI 51

4.1 Chuẩn bị vật liệu 51

4.2 Thiết bị thi công mô hình 52

4.3 Thiết kế bản vẽ sơ đồ đấu dây của hệ thống 63

4.4 Các bước tiến hành 64

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 73

5.1 Kết luận 73

5.2 Hướng phát triển 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI HỆ THỐNG CẢNH BÁO VA CHẠM

VÀ BÁO TAI NẠN QUA ĐIỆN THOẠI

Ban đầu hệ thống cảnh báo va chạm sử dụng sóng hồng ngoại để nhận biết môitrường xung quanh, tuy nhiên ngày nay sóng hồng ngooại đã được thay thế bằng sóngradio cho phép phát hiện các chướng ngại vật ở xa hơn

1.2 Mục tiêu đồ án

Mục tiêu của đề tài này là xây dựng mô hình hệ thống cảm biến va chạm và báo tainạn qua điện thoại

Hiểu rõ về cấu tạo, nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại, nguyên lý hoạt động, sơ đồnguyên lý… của hệ thống cảm biến va chạm và báo tai nạn qua điện thoại.

Biết cách đọc sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống cảm biến va chạm và báo tainạn qua điện thoại, sơ đồ đấu dây

Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của hệ thống cảm biến va chạm và báo tai nạnqua điện thoại

Sử dụng được các dụng cụ điện và thiết bị điện

1.3 Nội dung nhiệm vụ đồ án

Xây dựng mô hình hệ thống cảm biến va chạm và báo tai nạn qua điện thoại dựavào sơ đồ đấu dây cảm biến , sơ đồ mạch điện và hệ thống cảm biến va chạm trên ô tô

Từ đó hiểu được nguyên lý hoạt động của hệ thống cảm biến va chạm để viết cuốn đồán

1.4 Phương pháp nghiên cứu đồ án

Tìm hiểu hệ thống cảm biến va chạm trên các dòng ô tô trên thị trường

Tìm hiểu sơ đồ hệ thống cảm biến va chạm trong các tài liệu

Lập danh sách các thiết bị, cảm biến cần thiết cho hệ thống

Xây dựng mô hình hệ thống cảm biến va chạm và báo tai nạn qua điện thoại

1.5 Kết cấu của đồ án môn học

Gồm 5 chương:

Chương 1: Giới thiệu đề tài hệ thống cảnh biến va chạm và báo tai nạn qua điện

thoại

Chương 2: Lịch sử phát triển hệ thống cảnh báo va chạm

Chương 3: Cơ sở lý thuyết về hệ thống cảnh báo va chạm

Chương 4: Chuẩn bị vật liệu và thiết bị, thi công mô hình hệ thống cảnh báo va

chạm và báo tai nạn qua điện thoại

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 2: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG CẢNH BÁO VA

CHẠM

2.1 Khái quát:

Đã gần 70 năm từ khi dây đai an toàn được giới thiệu, với sự phát triển nhanhchóng của các công nghệ điện tử, việc điều khiển một chiếc ô tô ngày nay đã trở nên

dễ dàng và an toàn hơn rất nhiều

Hệ thống cảnh báo va chạm trên xe ôtô đã góp phần giảm thiểu số lượng tai nạngiao thông cũng như giảm mức độ nghiêm trọng của tai nạn Tuy nhiên, khá ít ngườidùng hiểu được hết tính năng của nó

Ngày nay, những chiếc xe hơi được trang bị rất nhiều công nghệ để đảm bảorằng lái xe và hành khách trên xe thoải mái cũng như an toàn nhất có thể Hệ thốngcảnh báo va chạm là một trong những công nghệ an toàn đang được sử dụng phổ biến

Hệ thống cảnh báo va chạm là gì?

Hệ thống cảnh báo va chạm (Pre-collision System) là một công nghệ tinh vi,phức tạp được sinh ra để giảm thiểu các vụ tai nạn cũng như giảm mức độ nghiêmtrọng của các vụ tai nạn

Hệ thống này sẽ luôn theo dõi quá trình điều khiển của lái xe và các điều kiệnxung quanh xe như chướng ngại vật, xe phía trước, xe đối diện, người đi bộ để pháthiện sớm nguy cơ xảy ra va chạm Nhờ vậy, an toàn cho lái xe và người ngồi trên xecũng như người qua đường, người đi xe đạp được đảm bảo

Hình 2.1 : Trên các mẫu xe hiện đại, hệ thống cảnh báo va chạm dùng cả

radar và camera.

Bên cạnh cảnh báo va chạm phía trước với hệ thống cảm biến cảnh báo vachạm trước, các hãng xe còn trang bị cho những mẫu xe sang của mình khả năng cảnhbáo, phát hiện va chạm từ phía sau và từ bên hông xe

2.2 Các hệ thống cảnh báo va chạm nổi bật:

Mercedes-Benz là hãng tiên phong khi giới thiệu hệ thống cảnh báo va chạmPre-Safe vào năm 2003 trên dòng sedan cao cấp S-class Ở thời điểm hiện tại, hệ thốngPre-Safe còn có thể dựng thẳng tựa lưng, tựa đầu, căng dây an toàn tự động, đóng cửakính và cửa sổ trời, bung túi khí khi xảy ra va chạm để đảm bảo an toàn cho lái xe vàhành khách

Hầu hết các hãng xe cũng đã tự phát triển một hệ thống cảnh báo va chạm củariêng mình Honda có công nghệ Sensing, Toyota có Safety Sense, BMW có ActiveProtection Tất cả các công nghệ này đều đã được kiểm tra, thử nghiệm kỹ lưỡng đểđảm bảo an toàn trong khi không gây ra phiền toái, mất tập trung cho lái xe

Hình 2.2: Hệ thống Pre-Safe của Mercedes có thể tự động căng dây an toàn, dựng thẳng lưng ghế, tựa đầu, đóng cửa kính, cửa sổ trời trước khi va chạm

và bung túi khi va chạm xảy ra

Không nên quá phụ thuộc vào các công nghệ an toàn

Thực tế là cho dù công nghệ có thần thánh tới đâu thì con người vẫn là yếu tốquyết định Chúng ta không được chủ quan ngay cả khi chúng ta cầm lái những chiếc

xe đắt tiền với rất nhiều hệ thống an toàn Công nghệ, hệ thống an toàn nói chung vàcảnh báo va chạm nói riêng chỉ là các công cụ hỗ trợ, chúng ta không nên quá phụthuộc vào chúng Khi lái xe, việc luôn chủ động điều khiển, luôn quan sát phía trước sẽgiúp bạn đảm bảo an toàn cho bản thân cũng như hành khách ngồi phía sau xe

2.3 Sơ lược về hệ thống PCS (Pre-Collision System)

Những năm gần đây, những yêu cầu về độ an toàn trên ô tô ngày càng tăng lên,đòi hỏi các nhà sản xuất phải thật sự hợp tác và đầu tư vào một hệ thống an toàn hiệnđại, phức tạp để tăng giá trị và ưu thế cạnh tranh của mình

Về chức năng, PCS sẽ liên tục theo dõi quá trình điều khiển của người lái cũngnhư các điều kiện xung quanh xe như chướng ngại vật, xe đi trước, xe đối diện,… đểphát hiện sớm nguy cơ tai nạn vài giây trước va chạm, từ đó thực hiện những biệnpháp cảnh báo, can thiệp nhằm ngăn chặn hoặc giảm thiểu những thiệt hại có thể xảyra.

Hình 2.3: Cảm biến PCS hoạt động phân tích chướng ngại vật

Cũng bởi bản chất hoàn toàn tự động của hệ thống cũng như tính chất bất ngờ

và khó đoán của hầu hết những vụ tai nạn, công nghệ đứng sau quá trình vận hành củaPCS có độ phức tạp cao và cần phải được tinh chỉnh, kiểm tra cực kỳ kỹ lưỡng trướckhi được trang bị trên ô tô

Chắc chắn không ai trong chúng ta muốn chiếc xe của mình đột nhiên phanhgấp hay siết đai an toàn trong khi đang lái một cách bình thường trên đường, vậy nênquá trình điều chỉnh để đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác, phản ứng kịp thời vớitình huống cũng như không can thiệp nhầm là rất quan trọng

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG CẢM BIẾN VA

CHẠM VÀ BÁO TAI NẠN QUA ĐIỆN THOẠI

3.1 Khái quát về hệ thống cảm biến va chạm và báo tai nạn qua điện thoại

Cảm biến va chạm ô tô là thiết bị được sử dụng dành riêng cho ô tô nhằm hỗ trợcảnh báo nguy hiểm cho người ngồi trong xe khi di chuyển trên đường

Thông thường khi đi trên đường, người lái sẽ không có được tầm nhìn rộng đểquan sát được hết trên đường, do vậy không thể tránh được những va chạm đáng tiếcxảy ra Ngày nay khi công nghệ phát triển, hàng loạt các thiết bị hiện đại ra đời nhằmgiải quyết bài toán trên cho con người Cảm biến va chạm ô tô là một thiết bị vớinhững tính năng ưu việt

Hiện nay, hầu hết các vụ tai nạn giao thông xảy ra trong quá trình lùi xe Vấn đềnày có thể cải thiện được nhờ vào cách cài đặt các cảm biến trong thanh cản sau của

xe Các cảm biến này sẽ kết hợp với còi báo động của xe nhằm cảnh báo đến ngườiđiều khiển biết khi đến gần với chướng ngại vật

Thông thường, trên một chiếc cảm biến va chạm sẽ có từ 2-8 cảm biến tùy vàotừng loại Cảm biến sẽ được sử dụng cùng với giao diện điều khiển và còi báo độngnằm phía bên trong của xe, càng nhiều cảm biến thì độ phủ sóng sẽ tốt hơn

Hình 3.1: Cảm biến va chạm hoạt động trong quá trình lùi xe

3.2 Nhiệm vụ, tính năng, hoạt động của hệ thống cảm biến va chạm

3.2.1 Nhiệm vụ của hệ thống cảm biến va chạm

Về lý thuyết, hệ thống an toàn chủ động nói chung và hệ thống cảnh báo va chạm nói riêng đều hoạt động dựa trên cơ sở là những thông tin và tín hiệu thu thập từ quá trình vận hành của xe và điều kiện xung quanh Từ đó, hệ thống phát hiện những điều kiện nguy hiểm và phát cảnh báo đến người lái hay thậm chí là can thiệp, hỗ trợ trong những tình huống khó như vừa đánh lái vừa phanh gấp

Hệ thống cảm biến va chạm thực hiện các nhiệm vụ sau:

Nhiệm vụ của hệ thống cảnh báo va chạm là quan sát phía trước đầu xe liên tụcnhằm phát hiện kịp thời những nguy cơ xảy ra va chạm và phát ra cảnh báo cho tài xế.Trong tình huống khẩn cấp, hệ thống này sẽ can thiệp đến hệ thống phanh để xử lýnhằm ngăn chặn và giảm tối đa những nguy hiểm có thể xảy ra

3.2.2 Tính năng của hệ thống cảm biến va chạm

Đúng như tên gọi của nó, cảm biến va chạm ô tô với tính năng nổi bật hàng đầu làphát hiện các vật cản trên đường và cảnh báo đến người lái nhằm đảm bảo an toàn cho

cả người ngồi trên xe và người đi đường

Ở những cảm biến đời cao và thông minh có thể phát hiện được những chướngngại vật ở phạm vi lớn Thông thường những cảm biến này được lắp đặt ở phía mặttrong của cản Khi xe trở về cảm biến số lùi, từ trường được tạo ra bởi bộ điều khiểngiúp phát hiện các chướng ngại vật như người, xe,… và gửi tín hiệu âm thanh để cảnhbáo người lái xe và ngăn ngừa tai nạn

Những cảm biến này chỉ phát hiện vật thể khi xe đang chuyển động và cung cấpphản hồi thời gian thực Cảm biến sự cố cần phát hiện va chạm và chuyển đổi nó thànhtín hiệu rất nhanh Các lực tác động lên các cảm biến sau khi có xảy ra va chạm có thểcao tới 100g (gấp 100 lần lực hấp dẫn của trái đất) Khi một chiếc xe bị dừng đột ngột

do va chạm, các cảm biến đo gia tốc này chuyển tiếp nó đến bộ điều khiển dưới dạng

dữ liệu và cảnh báo, ngăn ngừa

Hình 3.2: Cảm biến va chạm nhận biết các vật cản phía trước

3.2.3 Hoạt động của hệ thống cảm biến va chạm

Nhiều chiếc xe được gắn cảm biến áp suất cực nhanh ở cửa trước Những cảmbiến này phát hiện một vụ va chạm sau đó đẩy tấm cửa ngoài vào bên trong, tạo ra áplực Cảm biến gia tốc cũng được lắp gần trục để có thể phát hiện va chạm từ bên hông,nhằm không gây biến dạng cho cửa trước

Nó hoạt động khi bạn giảm tốc nhất định, điều này nó cảm nhận bằng gia tốc kế

Vì vậy, về cơ bản cảm biến va chạm là một gia tốc kế tự động kích hoạt các túi khíđược hoạt động, hay điều khiển con quay hồi chuyển hướng lái

Khi hoạt động nó bao gồm điện từ và siêu âm, được sử dụng để đo khoảng cáchgiữa các phương tiện với chướng ngại vật đang chuyển động hay đứng yên Sau đó nógửi tín hiệu siêu âm, cảnh báo đã phát hiện ra chướng ngại vật Bằng cách chuyển đổithành báo động âm thanh để cảnh báo người lái xe Đồng thời nó hiển thị số và vạchchia màu, xác định vị trí của chướng ngại vật nằm bên phải hay bên trái và khoảngcách là bao nhiêu ở màn hình trong xe Lái xe có thể căn cứ vào âm thanh Và vạchmàu cảnh báo để xác định được khoảng cách lùi xe an toàn

Hình 3.3: Cảm biến va chạm cảnh báo khi xe gần với vật cản 3.3 Các bộ phận của hệ thống cảm biến va chạm

3.3.1 Cảm biến ADUINO UNO R3

Một vài thông số của Aduino UNO R3

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm vàhiển thị lên màn hình LCD,… hay những ứng dụng khác.

Ngoài việc dùng cho board Arduino UNO, có thể sử dụng những IC điều khiểnnày cho các mạch tự chế Vì board Arduino UNO để lập trình cho vi điều khiển Trênthực tế, không cần phải dụng Arduino UNO trên các sản phẩm của mình, thay vào đó

là các mạch tự chế để giảm chi phí như hình dưới đây:

Hình 3.4: Chế tạo thủ công

Hình 3.5: Sử dụng mạch in Năng lượng

Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồnngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V Thường thì cấpnguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu không có sẵn nguồn từ cổng USB Nếucấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, sẽ làm hỏng Arduino UNO.

Các chân năng lượng:

 GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi dùng các

thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nốivới nhau

 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.

 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.

 Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, nối cực dương

của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

 IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo

ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy, không được lấy nguồn 5V

từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

 RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với

việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

Các lưu ý khi sử dụng mạch:

 Arduino UNO không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào Do đó phải hết sức cẩnthận, kiểm tra các cực âm – dương của nguồn trước khi cấp cho Arduino UNO.Việc làm chập mạch nguồn vào của Arduino UNO sẽ biến nó thành một miếngnhựa chặn giấy, nên dùng nguồn từ cổng USB nếu có thể

 Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra cho cácthiết bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào Việc cấp nguồn sai vị trí

có thể làm hỏng board Điều này không được nhà sản xuất khuyến khích

 Cấp nguồn ngoài không qua cổng USB cho Arduino UNO với điện áp dưới 6V

có thể làm hỏng board

 Cấp điện áp trên 13V vào chân RESET trên board có thể làm hỏng vi điềukhiển ATmega328

 Cường độ dòng điện vào/ra ở tất cả các chân Digital và Analog của ArduinoUNO nếu vượt quá 200mA sẽ làm hỏng vi điều khiển.

 Cấp điệp áp trên 5.5V vào các chân Digital hoặc Analog của Arduino UNO sẽlàm hỏng vi điều khiển

 Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì của ArduinoUNO vượt quá 40mA sẽ làm hỏng vi điều khiển Do đó nếu không dùng đểtruyền nhận dữ liệu nên phải mắc một điện trở hạn dòng

Bộ nhớ

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:

 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ

Flash của vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ đượcdùng cho bootloader nhưng đừng lo, hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ nàyđâu

 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến khai báo

khi lập trình sẽ lưu ở đây Khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớRAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ

mà cần phải bận tâm Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

1KB

EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): đây

giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây mà khôngphải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM

Các cổng vào/ra

Hình 3.6: Mạch ADUINO UNO R3

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có

2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chânđều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặcđịnh thì các điện trở này không được kết nối)

Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive

– RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thôngqua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nốiSerial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2chân này nếu không cần thiết

 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ

phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàmanalogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở

chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như nhữngchân khác.

 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các

chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giaothức SPI với các thiết bị khác

 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm

nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số

13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên

board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức lànếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện

áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit

Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác

Lập trình cho Aduino:

Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng Ngônngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung Và Wiring lại

là một biến thể của C/C++ Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C

hay C/C++ Riêng mình thì gọi nó là “ngôn ngữ Arduino”, và đội ngũ phát triển

Arduino cũng gọi như vậy Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay

do đó rất dễ học, dễ hiểu Nếu học tốt chương trình Tin học 11 thì việc lập trìnhArduino sẽ rất dễ thở đối với bạn

Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển

dự án này đã cũng cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình Arduino được gọi

là Arduino IDE (Intergrated Development Environment) như hình dưới đây.

Hình 3.7: Lập trình lệnh cho Aduino

3.3.2 Cảm biến BLUETOOTH HC05

Module này được thiết kế dựa trên chip BC417 Con chip này khá phức tạp và

sử dụng bộ nhớ flash ngoài 8Mbit Nhưng việc sử dụng module này hoàn toàn đơn giản bởi nhà sản xuất đã tích hợp mọi thứ cho bạn trên module HC-05

Hình 3.8: Cảm biến Blutooth HC-05

Sơ đồ chân HC-05 gồm có:

KEY: Chân này để chọn chế độ hoạt động AT Mode hoặc Data Mode.VCC

chân này có thể cấp nguồn từ 3.6V đến 6V bên trong module đã có một ic nguồnchuyển về điện áp 3.3V và cấp cho IC BC417

GND nối với chân nguồn GND

TXD,RND đây là hai chân UART để giao tiếp module hoạt động ở mức logic

3.3V

CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG

HC-05 có hai chế độ hoạt động là Command Mode và Data Mode Ở chế độCommand Mode ta có thể giao tiếp với module thông qua cổng serial trên modulebằng tập lệnh AT quen thuộc Ở chế độ Data Mode module có thể truyền nhận dữ liệutới module bluetooth khác Chân KEY dùng để chuyển đổi qua lại giữa hai chế độ này

Có hai cách để bạn có thể chuyển module hoạt động trong chế độ Data Mode

Nếu đưa chân này lên mức logic cao trước khi cấp nguồn module sẽ đưa vàochế độ Command Mode với baudrate mặc định 38400 Chế độ này khá hữu ích khi bạnkhông biết baudrate trong module được thiết lập ở tốc độ bao nhiêu Khi chuyển sang

chế độ này đèn led trên module sẽ nháy chậm (khoảng 2s) và ngược lại khi chân KEYnối với mức logic thấp trước khi cấp nguồn module sẽ hoạt động chế độ Data Mode.

Nếu module đang hoạt động ở chế Data Mode để có thể đưa module vào hoạtđộng ở chế độ Command Mode bạn đưa chân KEY lên mức cao Lúc này module sẽvào chế độ Command Mode nhưng với tốc độ Baud Rate được bạn thiết lập lần cuốicùng Vì thế bạn phải biết baudrate hiện tại của thiết bị để có thể tương tác được với

nó Chú ý nếu module của bạn chưa thiết lập lại lần nào thì mặc định của nó như sau:

· Baudrate 9600, data 8 bits, stop bits 1, parity : none, handshake: none

· Passkey: 1234

· Device Name: HC-05

Ở chế độ Data Mode HC-05 có thể hoạt động như một master hoặc slave tùyvào việc bạn cấu hình (riêng HC-06 bạn chỉ có thể cấu hình ở chế độ SLAVE)

Ở chế độ SLAVE: bạn cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb

bluetooth để dò tìm module sau đó pair với mã PIN là 1234 Sau khi pair thành công,bạn đã có 1 cổng serial từ xa hoạt động ở baud rate 9600

Ở chế độ MASTER: module sẽ tự động dò tìm thiết bị bluetooth khác (1

module bluetooth HC-06, usb bluetooth, bluetooth của laptop ) và tiến hành pair chủđộng mà không cần thiết lập gì từ máy tính hoặc smartphone

TẬP LỆNH AT

• AT: Lệnh test, nó sẽ trả về OK nếu module đã hoạt động ở Command Mode

• AT+VERSION? :trả về firmware hiện tại của module

• AT+UART=9600,0,0 ( thiết lập baudrate 9600,1 bit stop, no parity)

CÁC LỆNH Ở CHẾ ĐỘ MASTER

• AT+RMAAD : ngắt kết nối với các thiết bị đã ghép

• AT+ROLE=1 : đặt là module ở master

• AT+RESET: reset lại thiết bị

• AT+CMODE=0: Cho phép kết nối với bất kì địa chỉ nào

• AT+INQM=0,5,5: Dừng tìm kiếm thiết bị khi đã tìm được 5 thiết bị hoặc sau5s

• AT+PSWD=1234 Set Pin cho thiết bị

• AT+INQ: Bắt đầu tìm kiếm thiết bị để ghép nối

Sau lệnh này một loạt các thiết bị tìm thấy được hiện thị Định ra kết quả saulệnh này như sau: INQ:address,type,signal

Phần địa chỉ (address) sẽ có định dạng như sau: 0123:4:567890 Để sử dụng địachỉ này trong các lệnh tiếp theo ta phải thay dấu “:” thành “,”

• AT+ORGL: Reset lại cài đặt mặc định

• AT+RMAAD: Xóa mọi thiết bị đã ghép nối

• AT+ROLE=0: Đặt là chế độ SLAVE

• AT+ADDR: Hiển thị địa chỉ của SLAVE

3.3.3 Cảm biến MODULE L298N

Tính năng của mạch điều khiển động cơ DC L298N:

Mạch L298N có khả năng điều khiển 2 động cơ DC, dòng tối đa 2A mỗi động

cơ, mạch tích hợp diod bảo vệ và IC nguồn 7805 giúp cấp nguồn 5VDC cho cácmodule khác (chỉ sử dụng 5V này nếu nguồn cấp <12VDC)

Hình 3.9: Module điều khiển động cơ L298N Thông số kỹ thuật:

 Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H

 Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V

 Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (≥ 2A cho mỗi motor)

 Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V

 Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA (Arduino có thể xử lý tới 40mA)

 Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃)

 Nhiệt độ bảo quản: -25 ℃ ~ +130 ℃

 Kích thước: 43 x 42 x 27mm

Mạch L298N gồm các chân:

Hình 3.10: Các chân của cảm biến L298N

 Chân 12V power, chân 5V power: Bên trong mạch cầu H có sử dụng IC L298Nđiều hướng dòng điện, hoạt động với điện áp 5V, khi nối nguồn 12V mạch sẽhoạt động với nguồn 12V, tuy nhiên mạch sẽ điều hướng dòng điện

o Dòng 12V đẩy vào động cơ để hoạt động

o Hạ dòng điện xuống thành 5V và cấp nguồn cho IC

 Như vậy khi cấp nguồn 9V: Động cơ hoạt động với dòng 9V và IC của mạch sẽhoạt động với dòng điện 5V Việc thiết kế có nhằm điều hướng thành 2 dòngđiện khác nhau giúp IC hoạt động ổn định và tách nguồn riêng biệt với động cơ

 Power GND chân này là GND của nguồn cấp cho động cơ

 2 Jump A enable và B enable, nếu dùng Board để điều khiển động cơ bước thìgiữ nguyên Nếu điều khiển động cơ bình thường thì nối với chân PWM để điềukhiển tốc độ

 Gồm có 4 chân Input IN1, IN2, IN3, IN4

 Output A: Nối với động cơ giảm tốc V1 Nếu nối chân +, - ngược thì động cơ sẽchạy ngược

Giao diện ghép nối của Module L298N:

Hình 3.11: Sơ đồ thứ tự các chân tín hiệu của mạch L298N

1 DC motor 1 “+” hoặc stepper motor A+

2 DC motor 1 “-” hoặc stepper motor A-

3 12V jumper – tháo jumper này nếu sử dụng nguồn trên 12V cấp vào chân 4 Jumpernày dùng để cấp nguồn cho IC ổn áp tạo ra nguồn 5V nếu nguồn trên 12V sẽ làm cháy

IC 78M05

4 Cấp dương nguồn cho motor vào đây từ 6V đến 35V

5 Cắm chân GND (đất, cực âm) của nguồn vào đây

6 Nguồn ra 5V, nếu jumper (3) được cắm thì có nguồn ra 5V ở đây

7 Chân Enable của Motor 1, chân này cũng dùng để cấp xung PWM cho motor

13 DC motor 2 “+” hoặc stepper motor B+.

14 DC motor 2 “-” hoặc stepper motor B-

Sơ đồ nối mạch:

Hình 3.12: Sơ đồ nối dây mạch L298N với mạch ADUINO

 Nếu điều khiển 2 động cơ của robot, cần chú ý bài đấu nối cực +,- của động cơtương ứng với chân +,- của OUTPUT X

 Tiếp theo cấp nguồn cho Module L298N

 Nếu dùng 5V và động cơ dưới 1A có thể dùng chân 5V của Arduino, nếu khôngnguồn cấp cho động cơ ở L298 phải là nguồn riêng để không làm hỏngArduino

 Các chân số D7, D6, D5 và D4 của Arduino sẽ nối tương ứng với IN1, IN2,IN3 và IN4 của L298N

 Chiều quay của động cơ được điều khiển bằng cách xuất các đầu ra HIGH hoặcLOW tại các chân INx

o Với động cơ A: Logic HIGH ở IN1 và IN2 Logic LOW sẽ làm động cơ quay 1hướng nếu đặt Logic ngược lại sẽ làm động cơ quay theo hướng khác.

o Đây là làm động cơ chỉ quay hết công suất Nếu muốn thay đổi tốc độ của nó,cần phải băm xung PWM bằng các chân có hỗ trợ PWM trên Arduino (nhữngchân có dấu ~)

 Chân IN1 là chân OutA+, chân IN2 là chân OutA-

 Cấp cực dương vào IN1, cực âm vào IN2  motor quay một chiều

 Cấp cực âm vào IN1, cực dương vào IN2  motor quay chiều còn lại

 Cực dương ở đây là điện thế 5V, cực âm ở đây là điện thế 0V Hiệu điệnthế được tính là điện thế ở IN1 trừ hiệu điện thế IN2

 Giả sử, hiệu điện thế 5V sẽ là mạnh nhất trong việc điều khiển động cơ.Như vậy, chỉ cần hạ hiệu điện thế xuống là động cơ sẽ bị yếu đi

Và nếu hiệu điện thế < 0  động cơ sẽ đảo chiều

3.3.4 Cảm biến MODULE HX711

Giới thiệu mạch cảm biến cân nặng HX711

Cảm Biến Cân Nặng HX711 là bộ chuyển đổi tương tự kỹ thuật số (ADS) 24bitchính xác được thiết kế cho cân và các ứng dụng điều khiển công nghiệp để giao tiếptrực tiếp với cảm biến cầu

Độ phân giải 24bit và giao tiếp 2 dây với điều khiển: 2 chân SCK (Clock) và

DT (Data)

- Kênh B có độ khuếch đại 32 Bộ điều chỉnh nguồn cung cấp điện loại bỏ sựcần thiết của bộ điều chỉnh nguồn cung cấp bên ngoài để cung cấp năng lượng tương

tự cho ADC và cảm biến Nó có thể là từ nguồn xung nhịp bên ngoài, thạch anh hoặc

bộ dao động trên chip không yêu cầu bất kỳ thành phần bên ngoài nào

Tính năng và đặc điểm:

• Hai kênh đầu vào vi sai có thể lựa chọn

• Có nguồn Reset trên chip

• PGA hoạt động trên chip với độ khuếch đại có thể lựa chọn là 32, 64 và 128

• Bộ điều chỉnh nguồn trên chip để cung cấp năng lượng tương tự cho loadcell vàADC

• Bộ tạo dao động trên chip không yêu cầu thành phần bên ngoài với tinh thểngoài tùy chọn

• Từ chối cung cấp đồng thời 50 và 60Hz

Thông số kỹ thuật:

- Điện áp hoạt động : 2.7V - 5V DC

- Dòng tiêu thụ : < 1.5 mA

- Tốc độ truyền dữ liệu : 10 - 80 SPS

- Độ phân giải : 24 bit ADC

- Độ phân giải điện áp : 40mV

Hình 3.15: Sơ đồ chân trong module HX711 Bảng mô tả chức năng các chân của HX711

- KIT được thiết kế tối ưu, loại bỏ đi như tính năng không cần thiết để giảm giá thành

và phục vụ chủ yếu cho việc giám sát, điều khiển các thiết bị từ xa thông quaGPRS/GPS

- Sản phẩm có thể giao tiếp được với mạch Arduino hoặc Raspberry Pi

- KIT phát triển Sim808 GPRS GPS, gồm anten GPRS và anten GPS là phiên bản

nâng cấp và thay thế cho SIM908 đã quá cũ kĩ với đầy đủ những tính năngGSM/GPRS/GPS Module có độ bền và độ ổn định cao, thích hợp cho những dự ánIoT thu thập dữ liệu ở những nơi khó phủ sóng WiFi đến được

Thông số kỹ thuật:

- Sử dụng module GSM GPRS GPS SIM808

- Nguồn đầu vào cổng DC: 5-24VDC, 2A

- Mức tín hiệu giao tiếp: TTL (3.3-5VDC)

- Tích hợp chuyển mức tín hiệu TTL Mosfet tốc độ cao

- Tích hợp mạch giảm áp xung và tụ lọc, ổn định nguồn

- Tích hợp khe cắm Micro Sim

- Tích hợp Led báo trạng thái

- Thiết kể nhỏ gọn, bền bỉ, chống nhiễu

Giao diện ghép nối

Hình 3.17: Sơ đồ chân ghép nối

+ VMCU : Chân này dùng để đồng bộ mức điện áp UART giữa MCU và ModuleSim808 Nếu MCU dùng mức điện áp logic nào trên UART thì VMCU cần được nốitương ứng với mức điện áp đó để 2 bên có sự tương thích, tránh hỏng TX,RX

+ ST : Nối với chân input của MCU để đọc trạng thái hoạt động/ nghỉ của ModuleSim808

+ C_PW : Chân điều khiển nguồn cấp cho Module Sim808

+ PWK : Chân điều khiển bật/tắt Sim808

+ M_RX : Kết nối với RX của MCU

+ M_TX : Kết nối với TX của MCU

+ GND : Kết nối với GND của MCU

Công dụng

Hệ thống mạng di động toàn cầu GSM và hệ thống định vị toàn cầu GPS đượctích hợp sẵn trong module sim 808 đồng thời kết hợp với một số cảm biến như: cảmbiến rung, cảm biến gia tốc…Cùng bộ vi xử lý trung là board Arduino Uno R3 để xácđịnh chính xác vị trí của xe khi đang di chuyển Hệ thống giúp bảo vệ an toàn chongười dùng khi thiết kệ tự động tắt máy khi xe có sự cố ngã hay va đập mạnh cũngnhư cảnh báo cho mọi người xung quanh biết tình trạng của xe khi gặp sự cố như còi

hú, đèn xi nhan sáng nhấp nháy,…để kịp thời giúp đỡ Đồng thời cũng giúp ngườidùng cảnh báo tình trạng của xe thông qua các cảm biến bằng tin nhắn và gọi điện nhờ

hệ thống mạng di động toàn cầu GSM

Ưu điểm là khi khởi đông hệ thống thì hệ thống hoạt động tự động Sản phẩm

có giá thành vừa phải, có tính ứng dụng cao không chỉ cho xe ô tô mà còn cho tất cảcác phương tiện vận tải khác

 Dải điện áp cung cấp 3,4 ~ 4,4V

 Tiêu thụ điện năng thấp

 Nhiệt độ hoạt động: -40~85°C

 Thông số kỹ thuật cho dữ liệu GPRS:

 GPRS class 12: tối đa 85,6 kbps (đường xuống / đường lên)

 Đặc điểm kỹ thuật cho GPS:

 22 theo dõi / 66 mua lại