Đồ án xe lăn thông minh

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH HUTECH UNIVERSITY BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI XE LĂN THÔNG MINH Họ và tên NGUYỄN TRẦN BẢO NGỌC MSSV 1711020033 NGUYỄN HUY THÔNG MSSV 1711020241 NGUYỄN TẤN THÀNH MSSV 1711020470 Thời gian Tháng 82021 5092021 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH HUTECH UNIVERSITY BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài XE LĂN THÔNG MINH Họ và tên NGUYỄN TRẦN BẢO NGỌC MSSV 1711020033 NGUYỄN HUY THÔNG MSSV 1711020241 NGUYỄN TẤN THÀNH MSSV 1711020470 Thời gian Tháng 8202.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP.HỒ CHÍ MINH HUTECH UNIVERSITY BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: XE LĂN THÔNG MINH Họ tên: NGUYỄN TRẦN BẢO NGỌC MSSV: 1711020033 NGUYỄN HUY THÔNG MSSV: 1711020241 NGUYỄN TẤN THÀNH MSSV: 1711020470 Thời gian : Tháng 8/2021-5/09/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP.HỒ CHÍ MINH HUTECH UNIVERSITY BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: XE LĂN THÔNG MINH Họ tên: NGUYỄN TRẦN BẢO NGỌC MSSV: 1711020033 NGUYỄN HUY THÔNG MSSV: 1711020241 NGUYỄN TẤN THÀNH MSSV: 1711020470 Thời gian : Tháng 8/2021-5/09/2021 LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn quý thầy cô Viện kĩ thuật, ban giám hiệu nhà trường tạo điều kiện cho sinh viên thực nghiên cứu đồ án.Và hoàn thành đồ án Rất mong quý thầy cô nhận xét góp ý cho sản phẩm “Xe lăn thơng minh” nhóm em Mục Lục Kí tên xác nhận Mục Lục Danh mục bảng, biểu đồ, hình vẽ .5 LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .10 Tổng quan xe lăn: .10 1.1 1.1.1 Lịch sử phát triển: 10 1.1.2 Các dạng xe lăn: 13 1.4 Giới thiệu Arduino .24 1.4 Giới thiệu chung Android 24 1.5 Giới thiệu chung Bluetooth 25 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP .26 2.1 Tổng quan: .26 2.2 Thiết kế: 26 Xe chia làm phần chính: 26 2.2.1 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT .35 Phần bluetooth: .35 3.1 3.2.1 Tìm hiểu qua Module Blutooth HC06 35 3.2.3 Tổng quan hệ điều hành Android 39 3.2.4 Chương trình tạo giao diện Android 41 Tổng quan công nghệ Bluetooth 43 3.3 3.3.1 Khái niệm 43 3.3.2 Đặc điểm công nghệ Bluetooth 44 3.3.3 Hoạt động 45 3.3.4 Các hệ Bluetooth 45 Vấn đề bảo mật công nghệ Bluetooth 47 3.3.5 3.3.7 Các chế độ kết nối - Active mode 49 3.3.8 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần số công nghệ Bluetooth 50 CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ 59 4.1 Chọn thiết bị: 59 4.4 Tổng quan bên trong, lập trình code: 61 4.5 Mô hình mơ sơ lược: 71 4.6 Sơ đồ mạch điều khiển động lực .72 4.7 Mạch kết nối Bluetooth Aurino 72 4.8 Mạch tổng 73 4.9 Tính tốn khối nguồn: 75 4.10 Khối công suất điều khiển động 76 CHƯƠNG 5: THI CÔNG 78 5.1 Mơ hình mơ 78 5.2 Mô hình vật lý 79 5.3 Chạy thử sản phẩm 80 5.4 Nhận xét & đánh giá .81 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 82 6.1 Hướng phát triển .82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 Danh mục bảng, biểu đồ, hình vẽ Hình 1.1 Miêu tả xe lăn thời xưa Trung Quốc 11 Hình 1.2 Stephan Farffler ghế tự hành giới 12 Hình 1.3 Ghế gấp ghế cứng 13 Hình 1.4 Xe lăn hướng dẫn viên 15 Hình 1.5 Xe lăn hỗ trợ .18 Hình 1.6 Xe lăn nghiêng ngả 20 Hình 1.7Xe lăn đứng 20 Hình 1.8 Xe lăn thể thao 21 Hình 1.9Xe lăn thông minh 22 Hình 1.10: Hình minh họa xe lăn thông minh 23 Hình 1.11: Arduino Mega 24 Hình 1.12: Logo Android 25 Hình 1.13 : Logo Bluetooth 25 Hình 1.14: Bluetooth kết nối với thiết bị 25 Hình 2.1: Giao diện điều khiển smartphone 26 Hình 2.2: Arduino nano 27 Hình 2.3: Cấu tạo động giảm tốc 28 Hình 2.4: Cấu tạo động DC 29 Hình 2.5: Ảnh thực tế stato 30 Hình 2.6: Ảnh thực tế rôto 31 Hình 2.7: Cấu tạo hộp giảm tốc 32 Hình 2.8: Động DC thực tế sử dụng xe lăn 34 Hình 3.1: Module Bluetooth HC06 35 Hình 3.2: Arduino UNO 36 Hình 3.3: Arduino Leonado 36 Hình 3.4: Arduino Due 36 Hình 3.5: Arduino Yún 36 Hình 3.6: Arduino Tre 37 Hình 3.7: Arduino Micro 37 Hình 3.8.: Arduino Robot 37 Hình 3.9: Arduino Esplora 37 Hình 3.10: Arduino Mega 37 Hình 3.11: Arduino Etherne 37 Hình 3.12: Arduino Mini 38 Hình 3.13: Lilypad Arduino 38 Hình 3.14: Lilypad Arduino USB 38 Hình 3.15: Lilypad Arduino Simplesnap 38 Hình 3.16: Arduino Nano 38 Hình 3.17: Arduino Pro Mini 38 Hình 3.18 : Biểu tượng Android phiên 5.0 Lollipop 39 Hình 3.19: Giao diện phần mềm tạo giao diện wed 42 Hình 3.20 : Giao diện viết chương trình wed 42 Hình 3.21.: Mơ on/off Android 43 Hình 3.22: Bluetooth phiên 4.0 44 Hình 3.23: Một số thiết bị sử dụng công nghệ Bluetooth 47 Hình 3.24: Kỹ thuật trải phổ nhảy tần số 50 Hình 3.25 : Các packer truyền tần số khác 51 Hình 3.26 : Cấu tạo packet 52 Hình 3.27: Module Bluetooth HC-06 Hình 3.28: Sơ đồ chân HC – 06 53 53 Hình 4.1:Hình mơ thiết kế xe lăn 60 Hình 4.2: Tổng qua phía bên xe lăn 60 Hình 4.3: Tổng quan trước sau xe 60 Hình 4.4: Động xe đạp điện gắn vào xe lăn 61 Hình 4.5: Hình bình ắc quy thực tế 62 Hình 4.6: Thiết kế mạch kết nối bluetooth mơ hình 63 Hình 4.7: Bản mạch thực tế 63 Hình 4.8: Điều kiển kế nối thiết bị 63 Hình4.9: ảnh chạy thử mạch blueooth 71 Hình 4.10: mơ chuyển động xe 71 Hình 4.11 : Sơ đồ mạch động lực 72 Hình 4.12:Mạch kết nối Bluetooth Aurino 72 Hình 4.13: Mạch tổng 73 Hình 4.14: Hình mạch tổng mô chạy 73 Hình 4.15: Hình chạy mơ phần mềm 74 Hình 4.16: Mạch in 74 Hình 4.17: Hình mạch thực tế sau thực 74 Hình 4.18: Nguồn sử dụng xe lăn 75 Hình 5.1: Mô chuyển động xe lăn lúc ngồi 78 Hình 5.2: Mơ chuyển động xe lăn lúc ngồi ngữa ½ 78 Hình 5.3: Mơ nằm ngang xe lăn 78 Hình 5.4: Tổng quan thực tế thiết bị 79 Hình 5.5: Chi tiết tổng thể thiết bị 79 Hình 5.6: Chạy thử sản phẩm thực tế qua đường có chướng ngại 80 Hình 5.7: Chạy thử sản phẩm thực qua đường phẳng 80 Hình 5.8: Khởi động sản phẩm thực tế 80 Hình 5.9:Cơng tắc nguồn 80 Hình 5.10: Bộ trung tâm điều khiển nguồn thực tế 80 Hình 5.11: Hình xe lăn hồn chỉnh có thêm đệm đầu bật 81 LỜI MỞ ĐẦU Trong xã hội văn minh đại nay, người nâng cao chất lượng sống máy móc kĩ thuật Và số quan tâm xã hội người khuyết tật, người có bệnh lý thể giúp việc di chuyển họ dễ dàng suất lao động mà cải thiện Chính lý nhóm chúng tơi mang lại sản phẩm xe lăn thơng minh, giúp tư người sử dụng thoải mái hơn, di chuyển linh hoạt nâng cao chất lượng sống làm cho dễ dàng dùng Đây sản phẩm cho tương lai, sản phẩm không cầu kỳ kĩ thuật tạo thoải mái tương lai nhiều người Đề tài “Xe lăn thơng minh” có ý nghĩa với xã hội nói chung với cá nhân nói riêng Nếu giúp người đảm bảo công ăn việc làm cho thân lại khơng? Chúng ta nâng cao kiến thức thân nghiên cứu vừa nâng cao chất lượng sống, chất lượng an sinh xã hội Lý để chọn đề tài dựa thông dụng nghiên cứu sản phẩm, tất nguồn để tạo sản phẩm người tìm Kĩ thuật đơn giản kết hợp lại mang tính ứng dụng cao sản phẩm “Xe lăn thơng minh” sản phẩm trụ vững phát triển theo thời gian Vì xã hội có người cần sử dụng chúng cách tiện lợi xe lăn theo kiểu truyền thống Vì số lý khách quan xe lăn thông minh chưa phát triển Việt Nam Có thể sản phẩm đắt tiền so với mức thu nhập bình quân người Việt Nam nên sản phẩm tạo nghiên cứu giảm thiểu phần chi phí cho người cần Mục đích nghiên cứu nhằm đưa “xe lăn thơng minh” tiếp cận nhiều người cần với chi phí hợp lý Ứng dụng cho sống dễ dàng Đưa công nghệ tiếp cận người truyền cảm hứng cho sống Giải khó khăn người Đây dự án mang công nghệ đến đời sống có hướng phlát triển cao Định hướng sau phát triển cao với công nghệ đại giá thành thấp độ tiếp cận người dùng cao, phổ biến rộng khắp Nhiệm vụ nghiên cứu lần “Xe lăn thông minh” nghiên cứu kết nối thiết bị bluetooth, nguồn cung cấp cho thiết bị, ứng dụng dễ dàng với phần mềm tích hợp Nghiên cứu chuyển động vật lý xe Nghiên cứu hệ thống điện xe, tìm hiểu cách thức hoạt động động DC Cách thức truyền tải dòng điện dự trữ dòng điện Phương pháp nghiên cứu sử dụng phương pháp thu thập tài liệu trường công khai xác nhận giảng viên cơng bố rộng rãi Tích hợp thêm nguồn nghiên cứu thông tin đáng tin trang mạng, diễn đàn kĩ thuật uy tín có độ tin cậy cao Kết đề tài đạt dựa tên tính thành cơng sản phẩm ứng dụng khoản 50%-60% Kết cấu đề tài: • CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU • CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP • CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT • CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ • CHƯƠNG 5: THI CƠNG • CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN analogWrite(motor5, LOW); break; case 'B'://ha chan trai analogWrite(motor5, LOW); break; case 'C'://ha chan phai analogWrite(motor5, LOW); break; } } } 69 4.5.3 Code bluetooth // Khai báo biến char state; 25 26 27 HIGH) 28 29 30 31 32 33 HIGH) 34 35 36 LOW) 37 38 39 HIGH) 40 41 42 LOW) 43 44 45 HIGH) 46 47 48 LOW) 49 50 51 52 53 54 55 void setup() { // Cài đặt chân bạn muốn điều khiển thành thành Ouput // Ở sử dụng chân 9, 10, 11, pinMode(9, OUTPUT) pinMode(10, OUTPUT) pinMode(11, OUTPUT) 10 pinMode(12, OUTPUT) 11 Serial.begin(9600); // Kết nối bluetooth module tốc độ 960 12 } 13 14 void loop() { 15 16 if(Serial.available() > 0) 17 // Đọc giá trị nhận từ bluetoot 18 state = Serial.read() 19 } else 20 state = 21 22 Serial.println(state) 23 // Thực điều khiển chân 9, 10, 11, 12 24 // Ở quy ước sẵn giá trị gửi nhận liệu điện thoại Arduino 70 switch (state) { case '1' digitalWrite(9, break case '2' digitalWrite(9, LOW) break case '3' digitalWrite(10, break case '4' digitalWrite(10, break case '5' digitalWrite(11, break case '6' digitalWrite(11, break case '7' digitalWrite(12, break case '8' digitalWrite(12, break; default: break } ➢ Hình ảnh thực Hình4.9: ảnh chạy thử mạch blueooth 4.6 Mơ hình mơ sơ lược: Hình 4.10: mơ chuyển động xe 71 4.7 Sơ đồ mạch điều khiển động lực Hình 4.11: Sơ đồ mạch động lực Mạch động có chức điều khiển động chạy thuận chạy ngược Ban đầu TIP41C role chưa dẫn động khơng hoạt động Khi TIP41C dẫn động cấp điện để chạy thuận, tiếp kích thêm role động chạy ngược 4.8 Mạch kết nối Bluetooth Aurino Hình 4.12: Mạch kết nối Bluetooth Aurino 72 4.9 Mạch tổng Hình 4.13: Mạch tổng Hình 4.14: hình mạch tổng mơ chạy 73 Hình 4.15: Hình chạy mơ phần mềm Hình 4.16: Mạch in Hình 4.17: mạch thực tế sau thực 74 4.10 Tính tốn khối nguồn: Hình 4.18: nguồn sử dụng xe lăn ❖ Các thơng số: [3] • Dung lượng pin: 12AH • Điện áp tiêu chuẩn: 24V • Sạc điện áp: 24V • Tiêu chuẩn: GB/18278-2000 Cơng suất tiêu thụ: Dòng ESP8266 chân GPIO 20mA, hệ thống sử dụng chân GPIO nên dòng 160mA Dòng module chân 40mA, sử dụng chân nên số dịng 80mA Do đó, có tổng dịng 240mA Cơng suất tiêu thụ hệ thống là: P = U*I = *0.24 = 1.2 W Tính thời gian sử dụng xe: Do xe điều khiển với tốc độ nên mức độ có thời gian sử dụng khác nhau, qua thực nghiệm tính tốn cho kết quả: • Thời gian sử dụng xe mức (MIN): Áp lúc sử dụng: 1,7V Dòng điện: 2.3A Cơng suất là: 3.91W 75 Do đó, thời gian sử dụng xe là:[3] Tương tự, ta kết thời gian sử dụng mức • Thời gian sử dụng xe mức (TB) 6h • Thời gian sử dụng xe mức (MAX) 3h 4.11 Khối công suất điều khiển động Động chọn mơ hình động giảm tốc DC để điều khiển xe chạy tiến, lùi, xoay trái, xoay phải, điều chỉnh tốc độ nhanh chậm theo ý muốn.Ở nhóm chọn module BTS7960 để điều khiển động module đáp ứng đủ điều kiện trên, giá thành module 139.000 VNĐ phù hợp cho sinh viên sử dụng mơ hình Một số thơng số module BTS7960: • Điện áp đầu vào: 6~27V • Dịng điện tải mạch: 43A (tải trở), 15A (tải cảm) • Tín hiệu logic điều khiển: 3.3 ~ 5V • Tần số điều khiển tối đa: 25KHz • Tự động shutdown điện áp thấp: để tránh điều khiển động mức điện áp thấp thiết bị tự shutdown Nếu điện áp < 5.5V, mạch điều khiển động DC BTS7960 tự ngắt điện mở lại sau điện áp > 5.5V • Bảo vệ nhiệt: BTS7960 bảo vệ chống nhiệt cảm biến nhiệt tích hợp bên Đầu bị ngắt có tượng q nhiệt • Kích thước: 40 x 50 x12mm 76 Bảng Kết nối ESP8266 NodeMCU với module BTS7960 ESP8266 NodeMCU Module BTS7960 (1) D0 R_EN,L_EN D1 LPWM D2 RPWM ESP8266 NodeMCU Module BTS7960 (2) D3 R_EN,L_EN D4 LPWM D5 RPWM 77 CHƯƠNG 5: THI CÔNG 5.1 Mơ hình mơ Hình 5.1: mơ chuyển động xe lăn lúc ngồi Hình 5.2: Mơ chuyển động xe lăn lúc ngồi ngữa 1/2 Hình 5.3: Mơ nằm ngang xe lăn 78 5.2 Mô hình vật lý Hình 5.4: tổng quan thực tế thiết bị Hình 5.5: chi tiết tổng thể thiết bị 79 5.3 Chạy thử sản phẩm Hình 5.6: chạy thử sản phẩm thực tế qua đường có chướng ngại Hình 5.7: chạy thử sản phẩm thực qua đường phẳng Hình 5.8: khởi động sản phẩm thực tế Hình 5.9:cơng ắc nguồn Hình 5.10: bơ trung tâm điều khiển nguồn thực tế 80 Hình 5.11: hình xe lăn hồn chỉnh có thêm đệm đầu bật Ứng dụng sau hoàn thành đáp ứng yêu cầu đề tài sau kết nối với mơ hình ứng dụng điều khiển xe chạy tiến, lùi, xoay trái, xoay phải, dừng xe, thay đổi tốc độ xe 5.4 Nhận xét & đánh giá Nhóm hoàn thành mục tiêu ban đầu đề là: Điều khiển xe chạy tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải, thay đổi tốc độ xe thông qua ứng dụng điện thoại Android thông qua Bluetooth Điều khiển xe chạy tiến, lùi, rẽ phải, rẽ trái giọng nói Ngồi kết đạt được, mơ hình cịn hạn chế sau: Vẫn xảy chậm trễ việc điều khiển từ điện thoại tới mơ hình xe Do có trễ truyền nhận liệu đường truyền khả viết ứng dụng Android điều khiển mơ hình, chương trình cho vi điều khiển chưa tối ưu (do kiếnthức lập trình sinh viên cịn hạn chế) 81 • Thống kê độ xác thực tế lệnh, tiến hành kiểm tra lệnh 10lần kết quả: ❖ Điều khiển tay đạt 100% ❖ Điều khiển bluetooth: • • • • • Lệnh tiến: 70% Lệnh lùi: 70% Lệnh dừng: 70% Lệnh trái: 60% Lệnh phải:60% CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN Sau 15 tuần nghiên cứu thực đề tài, nhóm hồn thành đềtài “Điều khiển xe lăn Bluetooth smartphone” đạt mục tiêu ban đầu đề Trong trình thực hiện, nhóm có số kết định sau: Thiết kế giao diện ứng dụng điều khiển điện thoại thân thiện dễsử dụng Điều khiển xe chạy tiến, chạy lùi, rẽ trái, rẽ phải, thay đổi tốc độ dichuyển Điều khiển xe bluetooth Mơ hình ứng dụng phát triển thực tế 6.1 Hướng phát triển Đây đề tài mà nhóm làm phương diện thí nghiệm chưa áp dụng vào thực tế Vì để mơ hình hồn thiện sau nhóm xin đề ramột vài phương án để góp phần cải thiện mơ hình mang áp dụng thực tế: Kết hợp với cảm biến phát vật cản App hạn chế dụng hệ điều hành Android, cần nghiên cứu phát triển thêm hệ điều hành IOS 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Nguyễn Hữu Phương, “Mạch số dùng cho sinh viên đại học ngành điện tử, tự động hóa, viễn thông, tin học, v.v.”, Nhà xuất Thống kê, 2004 [2] Nguyễn Văn Hiệp, “Giáo trình Lập trình Android ứng dụng điều khiển”, Nhà xuất đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh [3] “Giáo trình điện tử bản” Trần Thu Hà, Trương Thị Bích Ngà, Nguyễn Thị Lưỡng, Tp Hồ Chí Minh: Đại học Quốc gia Tp.HCM,2013 Trang Web tham khảo [4] “Arduino”, truy cập ngày 6/11/2019, đường dẫn: https://vi.wikipedia.org/wiki/Arduino [5] “Arduino ứng dụng sống”, truy cập ngày 6/11/2019, đường dẫn: https://quantrimang.com/arduino-la-gi-va-ung-dung-cua-no-trong-cuoc-song145388 [6] “Động giảm tốc gì? Motor giảm tốc có khác so với hộp giảm tốc? Khái niệm hộp giảm tốc?”, truy cập ngày 6/11/2019, đường dẫn: http://www.namtrung.com.vn/document/dong-co-giam-toc-la-gi-hop-giam-toc-la-gi [7] “WiFi Access Point”, truy cập ngày 13/11/2019, đường dẫn: https://arduino.esp8266.vn/wifi/access-point.html#softap [8] “Internet Of Things (IoT) : cho người bắt đầu”, truy cập ngày 13/11/2019, đường dẫn: https://iotmakervn.github.io/iot-starter-book/#_esp8266 [9] truy cập ngày 14/11/2019, đường dẫn: https://viblo.asia/p/machine-learning-that-thu-vi-6-nhan-dien-giong-noi1Je5E8DylnL [10] Ths Hà Đình Dũng, Giáo trình kỹ thuật bluetooth, truy cập ngày 14/11/2019, đường dẫn: https://xemtailieu.com/tai-lieu/giao-trinh-ky-thuat-am-thanh-ths-ha-dinh-dung1573504.html 83 ... thể ống chân tay thấp hơn, sử dụng xe lăn cho thể thao, cho hoạt động hàng ngày 21 1.1.2. 7Xe lăn thơng minh Hình 1.9: Xe lăn thông minh Xe lăn thông minh xe lăn sử dụng hệ thống điều khiển để... với xe lăn thể thao xe lăn bãi biển Sự khác biệt công nhận rộng rãi xe lăn có trợ lực, lực đẩy cung cấp pin động điện, xe lăn đẩy tay, lực đẩy cung cấp người sử dụng, người ngồi xe lăn đẩy xe lăn. .. cho việc chuyển hành khách sử dụng xe lăn đến từ ghế ngồi máy bay Hình 1.4 Xe lăn hướng dẫn viên 1.1.2. 2Xe lăn hỗ trợ Xe lăn chạy điện, thường gọi "xe lăn" xe lăn kết hợp thêm pin động điện vào