Đang tải... (xem toàn văn)
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỦ THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Để tài ĐẠI HỌC Thư viện Viện Đại học Mờ Hà Nội THIẾT KÉ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TÙ XA BẰNG ĐIỆN THOẠI ANDROID THÔ.
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỦ - THÔNG TIN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Để tài: Thư viện Viện Đại học Mờ Hà Nội THIẾT KÉ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TÙ XA BẰNG ĐIỆN THOẠI ANDROID THƠNG QUA SĨNG BLETOOTH Giảng viên hướng dẫn TS NGUYÊN HOÀI GIANG Sinh viên thực DƯƠNG TUẤN ANH Lóp K16B Khố 2013-2017 Hệ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Hà Nội, tháng 5/2017 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIẾU DANH MỤC TÙ VIẾT TẮT .8 CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN VÈ ARDUINO 10 1.1 Lịch sử phát triền dòng sàn phẩm Arduino 10 Ị Dòng Arduino (2005) 10 1.1.2 Arduino USB (2005) 12 1.1.3 Arduino Extreme (2006) 12 1.1.4 Arduino NG (Nuova Generazione)(2006) 13 1.1.5 Arduino Diecimila (2007) 13 1.1.6 Arduino Duemilanove (2008- 2009) 15 / 1.7 Arduino UNO (2010) 15 / 1.8 1.1.9 1.1.10 1.2 Những board Arduino Mega (2009 - $011) pỊ4ÔĨ 16 Arduino DUE (2012) 19 Những dòng Arduino khác 20 ứng dụng Arduino 21 CHƯƠNG 2: XÂY DỤNG HỆ THÔNG 25 2.1 Giới thiệu hệ thống 25 2.1.1 Ý tưởng thiết kế 25 2.1.2 Yêu cầu thiết ké .25 2.1.3 Sơ đồ khối nhiệm vụ tùng khối 25 2.2 Giới thiệu hệ thống 27 2.2.1 Khối nguồn 27 2.2.2 Khối Modul Bluetooth HC05 Công nghệ truyền dẫn không dây Bluetooth 27 2.2.3 Arduino Uno R3 35 2.2.4 Khối Relay nút nhấn 39 GVHĐ: TS Nguyễn Hoài Giang SV: Dương Tuấn Anh CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ VÀ SẢN PHẨM 42 3.1 Nguyên lý hoạt động 42 3.2 Nguyên lý hoạt động chung 44 3.3 Thiết kế smartphone 47 3.3 i Sơ đồ thuật toán 47 3.3 Giới thiệu chương trình App Ỉnventor2 48 3.3 Phần mềm ArduinoControl .48 3.3 Mã nguồn ứng dụng Arduino Control 49 3.4 Thiết kế chương trình vi điều khiến 53 3.4 ỉ Lưu đồ thuật toán 54 3.4 Giới thiệu chương trình Arduino IDE 54 3.5 Mạch in 59 3.6 Sàn phẩm thực tế 60 PHỤ LỤC 62 66 KÉT LUẬN chung TÀI LIỆU THAM KHẢO ' GVHD: TS Nguyễn Hoài Giang 67 SV: Dương Tuấn Anh LỜI NÓI ĐẦU Ngày khoa học công nghệ ngày phát triển, vi điêu khiên AVR vi điều khiển PIC ngày thông dụng hồn thiện hơn, nói xuất Arduino vào năm 2005 Italia mở hướng cho vi điều khiến Sự xuất cùa Arduino hồ trợ cho người nhiều lập trình thiết kế, người bát dầu tìm tịi vi điều khiến mà khơng có q nhiều kiến thức, hiếu biết sâu sắc vật lý điện tử Phan cứng cùa thiết bị tích hợp nhiều chức bán mã nguồn mờ Ngơn ngừtương thích với ngôn ngữ c hệ thư viện phong phú chia sẻ miễn phí Chính lý mà Arduino dần phố biến phát triển mạch mẽ cộng đồng điện tứ nước Trên sờ lý thuyết học mơn: Lập trình c bản, vi xừ lí, vi điều khiển, em định thực đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa điện thoại Ạrduino qua sóng bletooth Do kiến thức cịn hạn hẹp lần đầu tiếp xúc với Arduino nên không tránh khỏi sai sót, hạn chế Vì em mong có góp ý từ thầy, đề hồn thiện đề tài cùa Em xin chân thành cảm ơn TS Nguyền Hoài Giang giúp đỡem nhiều trình tìm hiếu, thiết kế hoàn thành đề tài Trân trọng! Sinh viên thực Dương Tuấn Anh GVHD: TS Nguyễn Hoài Giang SV: Dương Tuấn Anh DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Arduino Serial 11 Hình 1.2 Modul PCB thủ công Severino (ak S3V3) 11 Hình 1.3 Mạch Arduino USB v2.0 12 Hình 1.4 Arduino Extreme version 1&2 13 Hình 1.5 phiên Arduino NG+ 13 Hình 1.6 Arduino Diecimila 14 Hình 1.7 Arduino Duemilanove 15 Hình 1.8 Arduino Uno R3 15 Hình 1.9 Dòng Arduino Leonardo ArduinoEthernet 16 Hình 1.10 Dịng Arduino Micro Arduino n 16 Hình 1.11 Board Arduino Mega 17 Hình 1.12 Board Arduino Mega 18 Hình 1.13 Arduino MeGA ADK 18 Hình 1.14 Arduinó Due n V.Ì^Ằ'l.£lạÌ.ịiụC.MỚ.Hà.NỘÌ 20 Hình 1.15 Các dòng sản phầni Arduno từ 2005- 2013 21 Hình 1.16 Máy in 3D sử dụng Arduino 22 Hình 1.17 Một số robot DIY sử dụng Arduino 23 Hình 1.18 UAV sử dụng Arduino 23 Hình 1.19 Minh họa cho ứng dụng điều khiển thiết bị từ xa 24 Hình 2.1 So' đồ khối hệ thống 25 Hình 2.2 Sơ đồ mạch nguồn 27 Hình 2.3 Khả kết nối thiết bị qua Bluetooth 29 Hình 2.4 Modul HC-05 31 Hình 2.5 Sơ đồ chân HC-05 32 Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lí modul Blutooth HC-05 33 Hình 2.7 Sơ đồ kết nối HC-05 với Arduino 34 Hình 2.8 Sơ đồ chân chức chân chip Atmega 328 35 Hình 2.9 Hình ảnh thực tế board Arduino 36 GVHD: TS Nguyễn Hoài Giang SV: Dương Tuấn Anh Hình 2.10 Tham khảo thêm số chức chân Arduino 37 Hình 2.11 Relay 5V/ 10A 40 Hình 2.12 Cơng tắc MTS-103 40 Hình 2.13 Sơ đồ kết nối Relay công tắc cực 40 Hình 2.14 Mosfet IRF 540 41 Hình 2.15 Sơ đồ điều khiển thiết bị 12 VDC 41 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý tổng quát 42 Hình 3.2 Giao diện ứng dụng Arduino Control 45 Hình 3.3 Cài đặt thịi gian cho chế độ hẹn giị' 46 Hình 3.4 Các trượt điều khiến độ rộng xung dương 46 Hình 3.5 Sơ đồ thuật tốn App Arduino Control 47 Hình 3.6 Khõi tạo chưong trình lập trình ứng dụng cho smartphone 49 Hình 3.7 Giao diện thẻ chọn Designer 50 Hình 3.8 Xây dựng chương trình ghép nối Bluetooth '!' 51 Hình 3.9 Chưong trình cho nút nhấn 52 Hình 3.10 Chương trình cho trượt 52 Hình 3.11 Lưu đồ thuật tốn điều khiểnthiết bị Arduino 53 Hình 3.12 Giao diện Arduino IDE 54 Hình 3.14 Hình ảnh thực tế sản phẩm 61 Hình 3.13 Hình ảnh mạch in lớp Botton 59 GVHĐ: TS Nguyễn Hoài Giang SV: Dương Tuấn Anh DANH MỤC BẢNG BIẾU Bảng 2.1 Chức chân modul HC-05 32 Bảng 2.2 Thông số Arduino Uno R3 38 Bảng Các hàm thư viện Serial 59 Bảng Các câu lệnh hăn 56 Thư viện Viện Đại học Mớ Hà Nội GVHD: TS Nguyễn Hoài Giang SV: Dương Tuấn Anh DANH MỤC TÙ VIÉT TẤT Từ viết tắt CAD CNC DIY EEPRO M Tiếng Anh Tiếng Việt Phan men tạo hình be mặt hình Computer Aided Draft khối 3D Hệ thống máy tiện khí Computer Numerical điều khiên máy tính Control Sán phâm tự chề tác cá Do It Yourself nhân Electrically Erasable Bộ nhớ không dừ liệu Programmable Read ngừng cung cấp điện Only Memory Phương pháp điều độ rộng xung PWM REPR AP Pulse Width Modulation vuông Replicating Rapid- >ại 1DC VI HÀ Nni Máy tạo mẫu nhanh (máy in 3D) prototype Máy tính với tập lệnh đơn giản Reduced Instructions Set RISC RF SRAM hóa Computer Dãi tẩn số nằm khoảng Radio frequency kHz tới 300 GHz Static Random Bộ nhớ truy xuất ngầu nhiên tĩnh Access Memory Mạch tích hợp sử dụng UART việc truyền dẫn liệu nối tiếp Universal Asynchronous máy tính thiết bị ngoại Receiver Transmitter vi UAV UHF Unmanned Aerial Vehicle Ultra-High Frequency GVHD: TS Nguyễn Hồi Giang Thiểt bị bay khơng người lái Dâi tẩn số vô tuyến nằm SV: Dương Tuấn Anh khoảng 300 MHz tới GHz (3.000 MHz) ISM Băng tần miễn phí cho ứng Industrial Scientific Medical dụng không dây Thư viện Viện Đại học Mờ Hà Nội GVHD: TS Nguyễn Hoài Giang SV: Dương Tuấn Anh ĐỐ ÁN TÓT NGHIỆP CHƯƠNG 1: TỐNG QUAN VỀ ARDUINO Dự án phát triền Arduino khởi động vào năm 2005 dự án dành cho sinh viên trại Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tương tác Ivrea IDII) Ivrea, Italy Vào thời điếm sinh viên sử dụng board mạch "BASIC Stamp" có giá khoảng $100, tốn sinh viên Massimo Banzi, người sáng lập, giảng dạy Ivrea đóng góp vào thiết kế hệ thống kết nối điện dẫn cùa sinh viên người Colombia tên Hernando Barragan Sau tảng hệ thống điện dần hoàn tất, học viên tối ưu phần cứng đe làm cho hệ thống gọn nhẹ rè có sẵn cho cộng đồng nguồn mờ Sau Trường Interaction Design Institute Ivrea bị đóng cửa Do đó, nhà nghiên cứu số họ David Cuarticlles, chu động thúc ý tướng phát triền Arduino Cái tên "Arduino" đến từ quán bar Ivrea nơi mà sinh viên sáng lập dự án thường xuyên gặp mặt Bàn thân quán bar lấy theo tên vị vua Italia vào ki thứ IV TL.M vi Ân \/ipn 11QÍẰ ỈVIĨcúa ’ Ị LAArduìno 1.1 Lịch sử phát triển cầc dòng sản phẩm 1.1.1 Dòng Arduino (2005) Khi nhìn lại lịch sử này, mạch lập trình sử dụng vi điều khiến ATmega8 dặt tên Arduino Serial Và Arduino Serial thuật ngữ de chi tất cá mạch Arduino kế bới nhà phát triền Arduino người phát triển tự do, mạch Arduino sử dụng cống kết nối RS-232 (Serial) thay cống USB TTL (transistor-transistor logic) Khi sàn phàm xây dựng, Arduino vần chịu ảnh hướngcúa mạch lập trình AVR thời điểm, sử dụng cổng RS-232(cồng máy in cùa dịng máy tính cũ) Điều dó phù hợp với lịch sử lúc giờ, dịng máy tính để bàn sàn xuất cịn cổng RS-232 GVHD: TS Nguyền Hồi Giang 10 SV: Dương Tuấn Anh ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆP 3.4 Thiết kế chương trình vi điều khiển Hình 3.11 Lưu đồ thuật toán điều khiển thiết bị Arđuino ĐỐ ÁN TĨT NGHIỆP 3.4.1 Lưu dồ thuật tốn Giải thích lưu đồ hình 3.11: Thiết lập thơng số ban đầu, cài đặt tốc độ baud 9600 Phần mềm gửi ba kí tự liên tục ứng với ba giá trị điều khiến có chương trình là: o Command: Biến chi hủy đẻ chương trình thực hàm bật tat bóng đèn hay thay đồi độ sáng tối bóng đèn o pin_num: số thứ tự cùa chân đầu cùa Arduino o pin_value: Đối với giá trị digital ứng với hai giá trị HIGH LOW Cịn chân Analog ứng với mãng giá trị từ đến 255 Dựa vào giá trị biến Command mà ta tiến hành thực hàm “Điều khiến bật tắt đèn" hay “Điều chinh độ sáng tối đèn” 3.4.2 Giới thiệu chưưng trình Arduino IDE Arduino IDE tàng mã nguồn mớ sử dụng để xây dựng ứng dụng điện tứ Arduino gồm có board mạch lập trình ( thường gọi vi điều khiến ) phan mềm hỗ trợ phát triển tích hợp IDE (Integrated Development Environment) dùng đe soạn thảo, biên dịch code nạp chương cho board Arduino * AiduinoleiFi Ardu.no 1£ I ẽi v Hình 3.12 Giao diện Arduino IDE ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆP Đe lập trình cho Arduino ta can tìm hiểu cấu trúc thân chương trình, từ khóa chức cùa chúng > Phần khai biến Đau chương trình phan khai báo kicu biến, tên biến, định nghĩa chân board số kiều khai báo biến thông dụng: “#define” Nghĩa cùa từ define định nghĩa, hàm #defìne có tác dụng định nghĩa, hay cịn gọi gán, tức gán chân, ngõ với tên nhằm giúp phân biệt cách tường minh Ví dụ: # define led 13 tức định nghĩa pin số 13 cùa vi điều khiến led Khai báo kiều biến khác như: int (kiếu số nguyên), long, float, char, v.v 4- Chú ý: Sau # define khơng có dấu > Phần thiết lập Phần viết "void setup!)/ì ” dùng để thiết lập cho chương trình, cấu trúc cùa nó: void setupl) { Thư viện Viện Đại học Mở Hà Nội / Phan void setup!) dùng đe thiết lập tốc độ truyền liệu, kiêu chân chân hay chân vào Trong đó: o Serial.begin(9600): Dùng đề truyền liệu từ board Arduino lên máy tính Tốc độ Pau 9600 o pinMode(/ứ