Thiết kế xe điều khiển từ xa qua Bluetooth kết hợp MIT app Inventor

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ BÁO CÁO DỰ ÁN KĨ THUẬT LẬP TRÌNH ĐỀ TÀI: Thiết kế xe điều khiển từ xa qua Bluetooth kết hợp MIT app Inventor GVHD: TS.Đặng Thái Việt Lớp: 131288 – ME3300Q Nhóm sinh viên thực STT Mã số SV 20198495 20198513 20198514 20198499 Họ tên Phan Ngọc Kiên Lê Hồng Quân Ngô Minh Quân Nguyễn Thành Long Hà Nội, 5/2022 Nhiệm vụ MỤC LỤC MỤC LỤC ……………………………………………………………… i DANH SÁCH HÌNH VẼ ……………………………………………… ii DANH SÁCH BẢNG ……………………………………………………iii MỞ ĐẦU ……………………………………………………………… 1 Phân tích, đánh giá hệ thống ………………………………………… 2 Sơ đồ khối hoạt động / làm việc hệ thống ……………………… 3 Tìm hiểu, lựa chọn thiết bị phù hợp cho hệ thống ……………… 3.1 Thiết bị đầu LCD 16x2 …………………………………… 3.2 Vi điều khiển Arduino Nano …………………………………… 3.3 Module chuyển giao tiếp LCD sang I2C ……………………… 3.4 Module cảm biến điện áp ZMPT101B …………………………… 13 Sơ đồ kết nối thiết bị điều khiển hệ thống ……………………… 17 Chương trình điều khiển ……………………………………………….18 Kết luận ……………………………………………….……….……….19 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình Sơ đồ khối hoạt động hệ thống ……………………………… Hình 3.1.1 Màn hình hiển thị LCD 16x2 ……………………………… Hình 3.1.2 Mạch hình hiển thị LCD 16x2 ………………………… Hình 3.2 Arduino Nano ……………………………………………… Hình 3.3.1 Mạch chuyển đổi giao tiếp I2C …………………………… Hình 3.3.2 Mạch chuyển đổi giao tiếp I2C …………………………… Hình 3.3.3 Giao tiếp với LCD qua mạch chuyển I2C………………… 12 Hình 3.4.1 Module cảm biến điện áp …………………………………… 13 Hình 3.4.2 Sơ đồ mạch cảm biến điện áp ZMPT101B ………………… 14 Hình Sơ đồ kết nối thiết bị mô phần mềm Proteus …… 15 Hình Chương trình điều khiển ………………………………………… 16 DANH SÁCH BẢNG Bảng 3.1 Chức chân hình hiển thị LCD 16x2………….5 Bảng 3.2 Thông số kĩ thuật Arduino………………………………….7 Bảng 3.3.1 Thông số kĩ thuật mạch chuyển đổi giao tiếp I2C……… 10 Bảng 3.3.2 Địa module giao tiếp I2C……………………………………11 Bảng 3.4.1 Thông số kỹ thuật Module cảm biến điện áp ZMPT101B………… 14 Bảng 3.4.2 Chức chân module cảm biến điện áp ZMPT101B…… 15 MỞ ĐẦU Ngày nay, xã hội phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật ngày đại nên nhu cầu trao đổi thơng tin giải trí, nhu cầu điều khiển thiết bị từ xa, ngày cao Và hệ thống dây cáp phức tạp lại đáp ứng nhu cầu này, khu vực chật hẹp, nơi xa xôi, phương tiện vận chuyển.Vì cơng nghệ khơng dây đời phát triển mạnh mẽ, tạo nhiều thuận lợi cho người đời sống ngày Trong năm gần công nghệ truyền nhận liệu khơng dây có bước phát triển mạnh mẽ, góp cơng lớn việc phát triển hệ thống điều khiển, giám sát từ xa, đặc biệt hệ thống thơng minh Hiện nay, có nhiều công nghệ không truyền nhận liệu không dây RF, Wifi, Bluetooth, NFC, Trong đó, Bluetooth công nghệ phát triển từ lâu cải tiến để nâng cao tốc độ khả bảo mật Việc nghiên cứu thiết kế sản phẩm điều khiển thiết bị không dây có ý nghĩa lớn, giúp tăng thêm lựa chọn cho ngƣời sử dụng, sản phẩm sản xuất nước nên giá thành rẻ góp phần phát triển hệ thống điều khiển thơng minh Nhóm chúng em định thực đề tài: “Tạo xe điều khiển từ xa qua Bluetooth kết hợp App Inventor” nhằm củng cố kiến thức, đồng thời giúp cho chúng em thấy mối liên hệ kiến thức học trường với ứng dụng bên thực tế Đề tài có nhiều ứng dụng quan trọng thực tế vận chuyển sản phẩm, dò đường, giải trí,… Với khối lượng kiến thức tổng hợp lớn, có nhiều phần chúng em chưa nắm vững, dù tham khảo nhiều tài liệu Khi thực dự án “Xe điều khiển từ xa qua Bluetooth kết hợp App Inventor ”khơng thể tránh thiếu sót, hạn chế Kính mong nhận bảo góp ý giúp đỡ quý thầy cô bạn Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy TS.Đặng Thái Việt hướng dẫn tận tình, tạo điều kiện thuận lợi cho em nhiều kiến thức quý báu cho việc hồn thành dự án mơn học Kỹ thuật lập trình điện tử cách tốt nhất! Chúng em xin chân thành cảm ơn! Mục tiêu nghiên cứu Sau tìm hiểu thơng tin đề tài, với hiểu biết sẵn có tìm kiếm thông tin liên quan, xác định đối tượng cần nghiên cứu là: - Công nghệ Bluetooth: khái niệm Bluetooth, đặc điểm công nghệ Bluetooth, liên kết vật lý công nghệ Bluetooth, chế độ kết nối, cách thức hoạt động Nghiên cứu Module Bluetooth HC-05: thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt động module HC-05 - Module Arduino Uno R3: thiết kế hệ thống sử dụng để giao tiếp module Bluetooth, điều khiển thiết bị, phần mềm hỗ trợ lập trình Arduino, ngơn ngữ lập trình C++ - Module điều khiển động L298 mạch cầu H - Ứng dụng ngơn ngữ lập trình C vào xe điều khiển cách thức nạp chương trình qua IDE Arduino Phân tích, đánh giá hệ thống - Hệ thống giám sát điện áp lưới điện gia đình hệ thống gồm thiết bị điện tử có chức giám sát trì điện áp gia đình cách ổn định để đảm bảo an toàn cho thiệt bị khác nhà người sử dụng gia đình - Phân tích hệ thống: ● Nguyên lý làm việc: Cảm biến đo điện áp nguồn từ truyền tín hiệu đến vi xử lý điều khiển điện áp thông qua việc lập trình cho hệ thống ●Ưu điểm: đo điều khiển xác cho điện áp gia đình ●Nhược điểm: cần kiến thức sâu rộng, hiểu rõ nguyên lý, cách thức hoạt động thiết bị vi xử lý lập trình - Trong hộ gia đình , có nhiều thiệt bị phải sử dụng nguồn lượng điện Chính , để thiết bị hoạt động với cộng suất hiệu cần phải cung cấp cho chúng dòng điện áp ổn định Do vậy, nguyên tắc sử mạch sử dụng vi điều khiển hay chúng có dộ xác cao 2 Sơ đồ khối hoạt động hệ thống Khối xử lý trung tâm Cảm biến điện áp LCD hiển thị điện áp Hình Sơ đồ khối hoạt động hệ thống ● Cảm biến điện áp: khối cáo chức đo điện áp lưới điện gia đình ● Khối xử lí trung tâm: có nhiệm vụ xử lí tín hiệu điện áp gửi đưa thuật toán nhằm điều chỉnh thiết bị cho phù hợp ● LCD hiển thị điện áp: có nhiệm vụ đưa thơng tin mà cảm biến đo * Nguyên lí hoạt động: Khi khởi động cảm biến điện áp thiết bị, cảm biến đo điện áp mạch gửi tín hiệu cho khối xử lí trung tâm Tín hiệu khối xử lí trung tâm xử lí tiếp tục gửi thiết bị LCD để hiển thị điện áp đo Tìm hiểu, lựa chọn thiết bị phù hợp cho hệ thống 3.1 Thiết bị đầu LCD 16x2 Thông số kỹ thuật LCD 16x2 LCD 16x2 sử dụng để hiển thị trạng thái thơng số ● LCD 16x2 có 16 chân có chân liệu (D0-D7) chân điều khiển ( RS, RW, EN) ● Các chân lại dùng để cấp nguồn đèn cho LCD 16x2 ● Các chân điều khiển giúp ta dễ dàng cấu hình LCD chế độ lệnh chế độ liệu ● Chúng giúp ta cấu hình chế độ đọc ghi Hình 3.1.1 Màn hình hiển thị LCD 16x2 Hình 3.1.2 Mạch hình hiển thị LCD 16x2 Chân Chức VSS (Ground) Tương đương với GND - Cực âm VDD (+ve) Tương đương với VCC - Cực dương (5V) VE (Contrast Voltage) Điều khiển độ sáng hình Register Select (RS) Điều khiển địa ghi liệu Read/Write Đọc (Read mode) / Ghi (Write mode) liệu (phụ thuộc vào việc gửi giá trị vào) Enable pin Cho phép ghi vào LCD Data Data Chân liệu, chân D0-D7 có giá Data trị HIGH LOW bạn chế Data độ đọc (read mode) nhận giá trị Data HIGHT LOW chế độ ghi (write mode) Data Data Data Backlight Anode (+ve) Tắt bật đèn hình Backlight Cathode (Ground) Tắt bật đèn hình Bảng 3.1 Chức chân hình hiển thị LCD 16x2 - Ưu điểm: + Màn hình text LCD 16x2 kèm module I2C sử dụng driver HD44780, có khả hiển thị dòng với dòng 16 ký tự + Màn hình có độ bền cao, phổ biến, nhiều code mẫu dễ sử dụng thích hợp cho người học làm dự án +Màn hình LCD hàn sẵn module giao tiếp I2C giúp việc giao tiếp dễ dàng nhanh chóng nhiều, người dùng tốn công hàn I2C, mà giá thành lại rẻ mua 3.2 Vi điều khiển Arduino Nano - Arduino tảng điện tử với mã nguồn mở, với phần cứng phần mềm linh hoạt, dễ dàng cho người sử dụng Hình 3.2 Arduino Nano - Arduino Nano phiên nhỏ gọn Arduino Uno với vi điều khiển ATmega328P lập trình trực tiếp máy tính đặc biệt kích thước Kích thước Arduino Nano nhỏ (1.85cm x 4.3cm ), giá rẻ Arduino Uno dùng tất thư viện IDE Cáp kết nối dùng để nạp Arduino cáp mini USB Bảng 3.2 Thông số kĩ thuật Arduino Vi điều khiển Điện áp hoạt động Tần số hoạt động Dòng tiêu thụ Điện áp vào khuyên dùng Điện áp vào giới hạn Số chân Digital I/O Số chân Analog Dòng tối đa trên mỗi chân I/O Dòng ra tối đa (5V) Dịng ra tối đa (3.3V) Bộ nhớ flash SRAM EEPROM Kích thước - Atmega328(họ 8bit) 5V – DC 16 MHz 30 mA – 12 VDC – 20 VDC 14 (6 chân PWM) (độ phân giải 10 bit) 40 mA 500 mA 50 mA 32KB (ATmega328) với 2KB dùng bootloader KB (AT mega328) KB (AT mega328) 1.85cm x 4.3cm Chức năng: Tiếp nhận thơng tin từ cảm biến điện áp rồi gửi tính hiệu đó cho  LCD để hiển thị lên trên màn hình      3.3 Module chuyển giao tiếp LCD sang I2C - Để sử dụng loại LCD có driver HD44780 (LCD 1602, LCD 2004,… ) cần có chân MCU kết nối với chân RS, EN, D7, D6, D5 D4 để giao tiếp với LCD - Nhưng với mạch chuyển đồi giao tiếp LCD sang I2C, ta cần chân (SDA SCL) MCU kết nối với chân (SDA SCL) module hiển thị thơng tin lên LCD Ngồi điều chỉnh độ tương phản biến trở gắn module Hình 3.3.1 Mạch chuyển đổi giao tiếp I2C Hình 3.3.2 Mạch chuyển đổi giao tiếp I2C - Ưu điểm I2C: + Chỉ sử dụng hai dây + Hỗ trợ nhiều master nhiều slave + Giao thức tiếng sử dụng rộng rãi - Nhược điểm I2C: + Tốc độ truyền liệu chậm SPI + Kích thước khung liệu bị giới hạn bit + Cần phần cứng phức tạp để triển khai so với SPI Bảng 3.3.1 Thông số kĩ thuật mạch chuyển đổi giao tiếp I2C Chân Tên chân I/O Chức năng GND Nguồn Chân nối mass VCC Nguồn Chân nối điện áp +5V SDA I/O Chân truyền nhận dữ liệu SCL CLK Chân nhận xung clock A0 A0 Jumber Chân thiết lập địa chỉ A0 A1 A1 Jumber Chân thiết lập địa chỉ A1 A2 A2 Jumber Chân thiết lập địa chỉ A2 Jumber Chân điều khiển đèn nền của LCD Pot Chân điều khiển độ tương phản của LC D Backlight Contrast - Đối với module I2C kết nối nhiều module I2C lại với để hiển thị nhiều hình LCD lúc cách hàn jump module I2C để thay đổi địa Địa mặc định chưa hàn jump 0x27 Bảng 3.3.2 Địa module giao tiếp I2C A0 A1 A2 Địa chỉ Open open open 0x27 Jumper open open 0x26 Open jumper open 0x25 Jumper jumper open 0x24 Open open jumper 0x23 Jumper open jumper 0x22 Open jumper jumper 0x21 Jumper jumper jumper 0x20 Hình 3.3.3 Giao tiếp với LCD qua mạch chuyển I2C 3.4 Module cảm biến điện áp ZMPT101B - Module cảm biến điện áp ZMPT101B cảm biến điện áp làm từ biến điện áp ZMPT101B Module có độ xác cao, tính qn tốt cho đo điện áp, công suất Module đơn giản để sử dụng kèm với chiết áp để điều chỉnh đầu ADC Hình 3.4.1 Module cảm biến điện áp - Cảm biến điện áp AC Voltage Sensor ZMPT101B sử dụng để đo điện áp AC cách xác cuộn biến áp ZMPT101B (voltage Transformer), cảm biến có khả đo tối đa 250VAC với biến trở tinh chỉnh giá trị Ananlog đầu tích hợp, sử dụng cho ứng dụng đo điện áp AC với Arduino Raspberry Pi, Sơ đồ mạch : Hình 3.4.2 Sơ đồ mạch cảm biến điện áp ZMPT101B Bảng 3.4.1 Thơng số kỹ thuật Module cảm biến điện áp ZMPT101B Chipset ZMPT101B Nguồn sử dụng 5~30VDC Điện áp cảm biến tối đa 250VAC Tín hiệu đầu Analog 0~5VDC Kích thước 49.5 (mm) x 19.4 (mm) Nhiệt độ 40ºC ~ + 70ºC Chân Analog Chức năng các chân module cảm biến điện áp Bảng 3.4.2 Chức chân module cảm biến điện áp ZMPT101B ... triển hệ thống điều khiển thông minh Nhóm chúng em định thực đề tài: “Tạo xe điều khiển từ xa qua Bluetooth kết hợp App Inventor? ?? nhằm củng cố kiến thức, đồng thời giúp cho chúng em thấy mối liên... Module cảm biến điện áp ZMPT101B …………………………… 13 Sơ đồ kết nối thiết bị điều khiển hệ thống ……………………… 17 Chương trình điều khiển ……………………………………………….18 Kết luận ……………………………………………….……….……….19 DANH SÁCH... chúng em chưa nắm vững, dù tham khảo nhiều tài liệu Khi thực dự án ? ?Xe điều khiển từ xa qua Bluetooth kết hợp App Inventor ”không thể tránh thiếu sót, hạn chế Kính mong nhận bảo góp ý giúp đỡ q