(TIỂU LUẬN) đồ án VI điều KHIỂN THIẾT kế XE điều KHIỂN từ XA BLUETOOTH BẰNG SMARTPHONE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG VIỆT HÀN Khoa Kỹ thuật máy tính Điện tử ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN THIẾT KẾ XE ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BLUETOOTH BẰNG SMARTPHONE Sinh viên thực hiện: Hồ Ngọc Anh Tuấn Nguyễn Tấn hiếu Từ Lê Minh phúc Lớp: 19CE Giảng viên hướng dẫn: ThS.Trần Thị Trà Vinh i Tieu luan TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THƠNG VIỆT HÀN Khoa Kỹ thuật máy tính Điện tử ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN THIẾT KẾ XE ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BLUETOOTH BẰNG SMARTPHONE Sinh viên: Hồ ngọc Anh Tuấn Mã:19CE049 Nguyễn Tấn Hiếu Mã: Từ Lê Minh Phúc Mã: Giảng viên hướng dẫn: ThS.Trần Thị Trà Vinh Đà Nẵng, tháng 05 năm 2021 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii Tieu luan iii Tieu luan LỜI CẢM ƠN Nhóm thực xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Cô Trần Thị Trà Vinh – cương vị giảng viên hướng dẫn đề tài tận tình bảo, hướng dẫn, giảng giải tận tình vướng mắc suốt trình thực đề tài Nhóm xin cảm ơn đóng góp ý kiến chân thành quý thầy/cô bạn bè để đồ án mơn học hồn thiện Tp Đà Nẵng , ngày 18 tháng 05 năm 2021 Tieu luan MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Giới thiệu Mục tiêu đề tài Đối tuợng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Bố cục báo cáo CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN .9 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.2 MỤC TIÊU CHỌN ĐỀ TÀI .9 1.3 GIẢI PHÁP THIẾT KẾ: .9 CHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 10 2.1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 10 2.1.1 Sơ đồ khối 10 2.1.2 Nguyên lý hoạt động  11 2.1.3 Các tính khối module hệ thống: 11 2.1.3.1 Khối nguồn: 11 2.1.3.2 Khối module nhận tín hiệu điều khiển: 12 2.1.3.3 Khối xử lí trung tâm .13 2.2 CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN .13 2.2.1 Arduino Uno R3 .13 2.2.1.1 Giới thiệu 13 Tieu luan 2.2.1.2 Thông số kỹ thuật 14 2.2.1.3 Ưu điểm 14 2.2.1.4 Nhược điểm 15 2.2.2 Module L298 .15 2.2.2.1 Giới thiệu 15 2.2.2.2 Thông số kỹ thuật 16 2.2.2.3 Ưu điểm 16 2.2.2.4 Nhược điểm 16 2.2.3 Module Bluetool HC05 .17 2.2.3.1 Giới thiệu 17 2.2.3.2 Chú thích chân 17 2.2.3.3 Ưu điểm 17 2.2.3.4 Nhược điểm 17 2.3 Các đối tượng điều khiển 17 2.3.1 Động DC giảm tốc vàng 17 2.3.1.1 Giới thiệu 17 2.3.1.2 Thông số kỹ thuật 18 2.3.1.2 Cấu tạo nguyên lí hoạt động .18 CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG .20 3.1 Thiết kế hệ thống điều khiển 20 3.1.1 Sơ đồ mạch 20 3.1.2 Lưu đồ thuật toán .21 3.1.3 Mô tả phần mềm nạp chương trình Arduino uno R3 21 3.1.4 Mô tả phần mềm: .22 3.3 Hình ảnh thực sản phẩm 24 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .25 Kết đạt 25 Tieu luan Hướng nghiên cứu .25 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VIẾT TẮT NỘI DUNG VĐK Vi Điều Khiển Tieu luan DANH MỤC HÌNH VẼ Hình : Sơ đồ khối hệ thống 10 Hình 2 : PIN 18650 11 Hình : Module nhận tín hiệu .12 Hình : Mạch Arduino Uno R3 13 Hình : Mạch Arduino Uno R3 14 Hình : Module L298N 16 Hình : Module Bluetooth HC05 17 Hình 8: Động giảm tốc vàng .17 Hình 9: Pha 1: Từ trường rotor cực với stator, đẩy tạo chuyển động quay rotor 18 Hình 10: Pha 2: Rotor tiếp tục quay 19 Hình 11: Pha 3: Bộ phận chỉnh điện đổi cực cho từ trường stator rotor dấu, trở lại pha 19 Hình 1: Sơ đồ mạch .20 Hình 2: Lưu đồ thuật toán cho Ardunio 21 Hình 3: Giao diện chương trình viết Arduino .22 Hình 4: Vùng lệnh chương trình 23 Hình 5: Hình ảnh thực sản phẩm 24 Tieu luan MỞ ĐẦU Giới thiệu Ngày , hệ thống điều khiển đóng vai trị quan trọng việc phát triển tiến bố khoa học kỹ thuật công nghệ , văn minh đại Thực tế mơi khía cạnh hoạt động ngày bị chi phối vài loại hệ thống điều khiển Dễ dàng tìm thấy hệ thống điều khiển máy công cụ kỹ thuật không gian hệ thống vũ khí , điều khiển máy tính , hệ thống giao thông , hệ thống lượng , robot Trong sinh hoạt hàng ngày người trị chơi giải trí ( robot , Xe điều khiển từ xa ) ứng dụng gần gũi với người cải tiến cho phù hợp với việc sử dụng đạt mức tiện lợi Việc điều khiển từ xa thâm nhập vào tất lĩnh vực sống Chính tầm quan trọng lĩnh vực Đo Lường Và Điều Khiển Tự Động nhóm em mạnh dạn lựa chọn đề tài “ Thiết kế xe điều khiển từ xa bluetool smartphone” Do trình độ hiểu biết hạn chế, nên dù cố gắng việc thực đề tài không tránh khỏi thiếu sót Mong thầy, bảo thêm để chúng em hiểu vấn đề sâu sắc Mục tiêu đề tài Thực đề tài: “Thiết kế xe điều khiển từ xa bluetool smartphone” giúp người thực nắm lý thuyết đo lường điều khiển, hiểu nguyên lý điều khiển, tập lệnh vi điều khiển Sản phẩm đề tài trước hết để nghiền cứu, mở rộng ứng dụng thực tế sản xuất công nghiệp Đối tuợng phạm vi nghiên cứu  Module Bluetooth HC05  Động Cơ Giảm Tốc Vàng 3V-9V  Module Điều Khiển Động Cơ L298 Mạch Cầu H Tieu luan  Board Arduino Uno R3: Nắm cấu trúc phần cứng, lập trình phần mềm ứng dụng vào mơ hình thực tế Phương pháp nghiên cứu  Tìm hiểu lý thuyết liên quan  Viết thực chương trình nhỏ  Xây dựng thuật tốn điều khiển  Viết chương trình thực thuật tốn Kit arduino  Viết chương trình điều khiển động thơng qua module bluetool HC05  Mô thi công mạch Bố cục báo cáo Nội dung đồ án gồm phần sau : Chương Giới thiệu tổng quan Giới thiệu đề tài, mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu Chương Phân tích thiết kế hệ thống Nội dung chương bao gồm sơ đồ phân tích thiết kế hệ thống, nguyên lí hoạt động Chương Xây Dựng Hệ Thống Lắp ráp linh kiện, hàn mạch, nạp code thực nghiệm mạch Kết luận, Tài liệu tham khảo Phụ lục liên quan đến đề tài Tieu luan Được giới thiệu vào năm 2005, nhà thiết kế Arduino cố gắng mang đến phương thức dễ dàng, khơng tốn cho người u thích, sinh viên giới chuyên nghiệp để tạo thiết bị có khả tương tác với mơi trường thơng qua cảm biến cấu chấp hành Những ví dụ phổ biến cho người yêu thích bắt đầu bao gồm robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ phát chuyển động Đi với mơi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy máy tính cá nhân thơng thường cho phép người dùng viết chương trình cho Aduino ngơn ngữ C C++ Hình : Mạch Arduino Uno R3 2.2.1.2 Thông số kỹ thuật               Vi điều khiển: AT mega 328 họ bit Điện áp hoạt động: 5V DC cấp qua cổng USB Tần số hoạt động: 16 MHz Dòng điện tiêu thụ: Khoảng 30 mA Điện áp vào khuyên dùng: 7 - 12 DC Điện áp vào giới hạn: 6 - 20 DC Số chân Digital I/O: 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog: 6 chân (độ phân giải 10 bit) Dòng tối đa chân I/O: 30 mA Dòng tối đa (5V): 500 mA Dòng tối đa (3.3 V): 50 mA Bộ nhớ Flash: 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bootloade SRAM: 2 KB (ATmega328) EEPROM: 1 KB (ATmega328) 2.2.1.3 Ưu điểm 13 Tieu luan  Arduino thiết kế chuyên biệt dành cho người khơng chun điện tử làm được;  Không phải thời gian giai đoạn làm mạch, thứ có sẵn nên cần tập trung cho phần điều khiển;  Nếu có khơng ổn xảy ra, đỡ thời gian cho việc rà soát lỗi phần mạch, lỗi nằm code mình;  Arduino dễ sử dụng, trực quan, mạch có ký hiệu rõ ràng,đầy đủ chân, thuận tiện q trình sử dụng;  Ngơn ngữ lập trình dễ hiểu;  Nền tảng mở: Arduino phát triển dựa nguồn mở nên phần mềm chạy  Arduino chia sẻ dễ dàng tích hợp vào tảng khác nhau;  Đơn giản nhanh: Rất dễ dàng lắp ráp,lập trình sử dụng thiết bị;  Dễ dàng chia sẻ: Mọi người dễ dàng chia sẻ mã nguồn với mà không lo lắng ngơn ngữ hay hệ điều hành dùng 2.2.1.4 Nhược điểm  Trong trình sử dụng xảy tình trạng bị nhiễu tín hiệu;  Độ xác khơng cao  Tốc độ phản hồi chậm 2.2.2 Module L298 2.2.2.1 Giới thiệu  Module điều khiển động L298 module gồm mạch cầu H tích hợp IC L298, nhờ module điều khiển động riêng biệt  Chân A Enable, B Enable chân điều khiển tốc độ động riêng biệt  Input: Là chân điều khiển chiều quay động  Bộ nguồn 12V-GND-5V: Tùy thuộc loại động mà ta chọn 12V hay 5V 14 Tieu luan  Output A, Output B: Là đầu kết nối với động Hình : Module L298N 2.2.2.2 Thơng số kỹ thuật  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  Dòng điều khiển động 2A/1 mạch cầu H  Nhiệt độ hoạt động -20 tới +135  Công suất đầu cầu H 25W  Trọng lượng 30g  Kích thước 43*43*27mm 2.2.2.3 Ưu điểm Sử dụng Module L298 làm cho mạch trở nên đơn giản cần nguồn điện 2.2.2.4 Nhược điểm Nếu mạch điều khiển bật cơng tắc nửa cầu mạch động lực bị ngắn mạch nguồn Nếu tượng xảy thời gian ngắn (quá độ) xuất dòng trùng dẫn qua van công suất làm tăng công suất tiêu tán van Nếu thời gian trùng dẫn đủ dài, dịng trùng dẫn lớn làm cháy van cơng suất 15 Tieu luan 2.2.3 Module Bluetool HC05 2.2.3.1 Giới thiệu Hình : Module Bluetooth HC05 2.2.3.2 Chú thích chân  KEY: Chân để chọn chế độ hoạt động AT Mode Data Mode  VCC: chân cấp nguồn từ 3.6V đến 6V bên module có ic nguồn chuyển điện áp 3.3V cấp cho IC BC417  GND: nối với chân nguồn GND  TXD,RND: đây hai chân UART để giao tiếp module hoạt động mức logic 3.3V  STATE:  không cần quan tâm đến chân 2.2.3.3 Ưu điểm 2.2.3.4 Nhược điểm 2.3 Các đối tượng điều khiển 2.3.1 Động DC giảm tốc vàng 2.3.1.1 Giới thiệu Động điện chiều máy điện chuyển đổi lượng điện chiều sang lượng (Máy điện chuyển đổi từ lượng sang lượng điện máy phát điện) Hình 8: Động giảm tốc vàng 16 Tieu luan 2.3.1.2 Thông số kỹ thuật      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) 2.3.1.2 Cấu tạo nguyên lí hoạt động Cấu tạo gồm có phần chính: stator (phần cảm), rotor (phần ứng), phần chỉnh lưu (chổi than cổ góp) - Stator động điện chiều thường hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện - Rotor có cuộn dây quấn nối với nguồn điện chiều - Bộ phận chỉnh lưu, có nhiệm vụ đổi chiều dịng điện chuyển động quay rotor liên tục Nguyên lý hoạt động: Hình 9: Pha 1: Từ trường rotor cực với stator, đẩy tạo chuyển động quay rotor 17 Tieu luan Hình 10: Pha 2: Rotor tiếp tục quay Hình 11: Pha 3: Bộ phận chỉnh điện đổi cực cho từ trường stator rotor dấu, trở lại pha 18 Tieu luan CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1 Thiết kế hệ thống điều khiển 3.1.1 Sơ đồ mạch Hình 1: Sơ đồ mạch 19 Tieu luan 3.1.2 Lưu đồ thuật tốn Hình 2: Lưu đồ thuật tốn cho Ardunio 3.1.3 Mơ tả phần mềm nạp chương trình Arduino uno R3 Cơng cụ dung để lập trình Arduino phát triển chạy Windows , MAC OS X Linux 3.2 Mã nguồn cho xe điều khiển 20 Tieu luan 3.1.4 Mô tả phần mềm: - Về giao diện: Hình 3: Giao diện chương trình viết Arduino  Menu: Bao gồm nút lệnh menu (File, Edit, Sketch, Tools, Help) Phía icon cho phép sử dụng nhanh chức thường dùng IDE miêu tả sau: 21 Tieu luan Hình 4: Vùng lệnh chương trình  Vùng lập trình: Bạn viết đoạn mã  Vùng thơng báo thơng tin ( debug): Những thông báo từ IDE hiển thị Để ý góc bên phải hiển thị loại board Arduino cổng COM sử dụng Luôn ý tới mục chọn sai loại board cổng COM, bạn khơng thể upload code 22 Tieu luan 3.3 Hình ảnh thực sản phẩm Hình 5: Hình ảnh thực sản phẩm 23 Tieu luan KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết đạt Sau thời gian tiềm hiểu, nghiên cứu, sử hướng dẫn nhiệt tình Trần Thị Trà vinh chúng em hoàn thành đồ án Hiểu xâu lĩnh vực IOT qua môn học bọn em thực hành tiếp xúc trực tiếp Hướng nghiên cứu Đề tài chúng em thực cịn nhiều thiếu sót, tương lai chúng em khắc phục hạn chế phát triển thêm như: - Sản phẩm đơn sơ chưa đẹp măt - Sử dụng thêm loại cảm biến để điều khiển thêm nhiều cơng dụng xe - Sản phẩm cịn thiếu bật/ tắt đèn cho xe, loa xe thiếu,… 24 Tieu luan TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://create.arduino.cc/projecthub/igorF2/arduino-robot-with-ps2controller-playstation-2-joystick-85bddc [2] https://create.arduino.cc/projecthub 25 Tieu luan PHỤ LỤC  Chương trình nạp vào arduino: char t; void setup() { pinMode(13,OUTPUT); //left motors forward pinMode(12,OUTPUT); //left motors reverse pinMode(11,OUTPUT); //right motors forward pinMode(10,OUTPUT); //right motors reverse pinMode(9,OUTPUT); //Led Serial.begin(9600); } void loop() { if(Serial.available()){ t = Serial.read(); Serial.println(t); } if(t == 'F'){ //move forward(all motors rotate in forward direction) digitalWrite(13,HIGH); digitalWrite(11,HIGH); } else if(t == 'B'){ //move reverse (all motors rotate in reverse direction) digitalWrite(12,HIGH); digitalWrite(10,HIGH); } else if(t == 'L'){ //turn right (left side motors rotate in forward direction, right side motors doesn't rotate) digitalWrite(11,HIGH); } else if(t == 'R'){ //turn left (right side motors rotate in forward direction, left side motors doesn't rotate) digitalWrite(13,HIGH); } else if(t == 'W'){ //turn led on or off) digitalWrite(9,HIGH); } else if(t == 'w'){ digitalWrite(9,LOW); } else if(t == 'S'){ //STOP (all motors stop) digitalWrite(13,LOW); 26 Tieu luan digitalWrite(12,LOW); digitalWrite(11,LOW); digitalWrite(10,LOW); } delay(100); } 27 Tieu luan ... TRUYỀN THÔNG VI? ??T HÀN Khoa Kỹ thuật máy tính Điện tử ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN THIẾT KẾ XE ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BLUETOOTH BẰNG SMARTPHONE Sinh vi? ?n: Hồ ngọc Anh Tuấn Mã:19CE049 Nguyễn Tấn Hiếu Mã: Từ Lê Minh... tiêu đề tài Thực đề tài: ? ?Thiết kế xe điều khiển từ xa bluetool smartphone? ?? giúp người thực nắm lý thuyết đo lường điều khiển, hiểu nguyên lý điều khiển, tập lệnh vi điều khiển Sản phẩm đề tài trước... trình xe điều khiển CHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 2.1.1 Sơ đồ khối Tieu luan Hình : Sơ đồ khối hệ thống 2.1.2 Nguyên lý hoạt động   Phần cứng xe điều