DỰ ÁN Thiết kế xe điều khiển từ xa qua Bluetooth

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - - DỰ ÁN: Thiết kế xe điều khiển từ xa qua Bluetooth Nguyễn Cảnh Quân – 21021357 Nguyễn Đức Thắng – 21021370 Trần Nam Trung – 21021378 Mai Văn Thái – 21021366 Môn: Nhập môn điện tử Lớp: 2223I_EMA2027_41 HÀ NỘI – 2022 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - - DỰ ÁN: Thiết kế xe điều khiển từ xa qua Bluetooth Nguyễn Cảnh Quân – 21021357 Nguyễn Đức Thắng – 21021370 Trần Nam Trung – 21021378 Mai Văn Thái – 21021366 Môn: Nhập môn điện tử Lớp: 2223I_EMA2027_41 Giáo viên: TS Đỗ Trần Thắng HÀ NỘI – 2022 Mục lục THIẾT KẾ XE ĐIỀU KHIỂN TỪ XA QUA BLUETOOTH Mở đầu Công nghệ không dây Bluetooth 2.2 Đặc điểm công nghệ Bluetooth .6 2.2.1 Ưu điểm 2.2.2 Nhược điểm 2.3 Hoạt động 2.4 Lịch sử phát triển Bluetooth 2.5 Module Bluetooth HC-05 .4 2.5.1 Giới thiệu module HC-05 2.5.2 Đặc điểm kỹ thuật .5 2.5.3 Đặc điểm phần cứng Thiết kế mơ hình xe điều khiển từ xa qua Bluetooth 3.1 Linh kiện 3.1.1 Module Motor driver L298N .5 3.1.2 Cảm biến ánh sáng quang trở 3.2 Thiết kế phần cứng 3.2.1 Khối xử lý .6 3.2.2 Khối nguồn 3.2.3 Khối Driver động 3.2.4 Xe hoàn thiện 3.3 Thiết kế phần mềm 3.3.1 Phần mềm thiết bị cầm tay 3.3.2 Khối xử lý .7 Kết hướng phát triển 4.1 Kết dạt .8 4.2 Hướng phát triển đề tài ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ XE ĐIỀU KHIỂN TỪ XA QUA BLUETOOTH DESIGN MINI CAR CONTROLLED VIA BLUETOOTH TÓM TẮT Báo cáo trình bày nghiên cứu cơng nghệ khơng dây bluetooth ứng dụng thiết kế mơ hình xe điều khiển từ xa qua bluetooth ABSTRACT The report presents research on bluetooth wireless technology and applications to design models of remote control car via bluetooth Key word: robot car, mobile robot, bluetooth Mở đầu tử, điều có nghĩa hãng sản xuất muốn có đặc tính sản phẩm họ Trong năm qua, khoa học máy phải tuân theo yêu cầu chuẩn tính xử lý thơng tin có bước tiến cho sản phẩm Những tiêu chuẩn vượt bậc ngày có đóng góp kỹ thuật to lớn vào cách mạng khoa học kỹ thuật đại Đặc biệt đời phát triển nhanh chóng kỹ thuật số làm cho ngành điện tử trở nên phong phú đa dạng Nó góp phần lớn việc đưa kỹ thuật đại thâm nhập rộng rãi vào lĩnh vực hoạt động sản xuất, kinh tế đời sống xã hội Từ hệ thống máy tính lớn đến hệ thống máy tính cá nhân, từ việc điều khiển máy công nghiệp đến thiết bị phục vụ đời sống ngày người Trong hệ thống đó, việc trao đổi thơng tin vơ quan trọng Công nghệ truyền tin không dây ngày phát triển, đặc biệt công nghệ Bluetooth phổ biến hầu hết thiết bị điện tử di động Bản báo cào trình bày kết nghiên cứu công nghệ không dây Bluetooth thiết bị điện tử chạy hệ điều hành Android ứng dụng vào thiết kế mơ hình xe điều khiển từ thiết bị Android qua kết nối không dây Bluetooth Công nghệ không dây Bluetooth 2.1 Khái niệm Bluetooth công nghệ cho phép truyền thông thiết bị với mà khơng cần dây dẫn Nó chuẩn điện đảm bảo cho thiết bị nhận tương tác với sử dụng công nghệ Bluetooth Ngày phần lớn nhà máy sản xuất thiết bị có swur dụng công nghệ Bluetooth Các thiết bị gồm có điện thoại di động, máy tính thiết bị hỗ trợ cá nhân PDA (Prosonal Digital Assistant) Công nghệ Bluetooth công nghệ dựa tần số vô tuyến thiết bị có tích hợp bên cơng nghệ truyền thông với thiết bị khác với khoảng cách định cự ly để đảm bảo công suất cho việc phát nhận sóng Cơng nghệ thường sử dụng để truyền thông hai loại thiết bị khác Ví dụ: Bạn hoạt động máy tính với bàn phím khơng dây, sử dụng tai nghe khơng dây để nói chuyện điện thoại di động bạn bổ sung thêm hẹn vào lịch biểu PDA người bạn từ PDA bạn 2.2 Đặc điểm công nghệ Bluetooth 2.2.1 Ưu điểm - Tiêu thụ lượng thấp - Cho phép ứng dụng nhiều loại thiết bị bao gồm thiết bị cầm tay điện thoại di động - Giá thành ngày giảm - Khoảng cách giao tiếp cho phép hai thiết bị kết nối lên đến 100m - Bluetooth sử dụng băng tần 2.4GHz, tốc độ truyền liệu đạt tới mức tới đa 1Mbps mà thiết bị không cần phải trực tiếp thấy - Dễ dàng việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối ứng dụng với ứng dụng khác thông qua chuẩn Bluetooth, độc lập phần cứng hệ điều hành sử dụng - Tính tương thích cao, nhiều nhà sản xuất phần cứng phần mềm hỗ trợ 2.2.2 Nhược điểm - Khoảng cách kết nối cịn ngắn so với cơng nghệ mạng không dây khác - Chỉ kết nối hai thiết bị với nhau, không kết nối thành mạng 2.3 Hoạt động Bluetooth chuẩn kết nối không dây tầm ngắn, thiết kế cho kết nối thiết bị cá nhân hay mạng cục nhỏ phạm vi băng tần từ 2.4GHz đến 2.485GHz Bluetooth thiết kế hoạt động 79 tần số đơn lẻ Khi kết nối , tự động tìm tần số tương thích để di chuyển đến thiết bị cần kết nối khu vực nhằm đảm bảo liên tục Hình 1: Khả kết nối thiết bị qua Bluetooth 2.4 Lịch sử phát triển Bluetooth Wifi hệ đầu tiên, phạm vi hiệu - Blutooth 1.0 (7/1999): phiên đầu vòng 10m tiên đưa thị trường với tốc độ kết nối - Bluetooth 4.0 (30/06/2010): chuẩn ban đầu 1Mbps Tuy nhiên, thực tế Bluetooth Bluetooth 4.0 tốc độ kết nối hệ chưa kết hợp “classic Bluetooth” đạt mức 700Kbps (Bluetooth 2.1 3.0), “Bluetooth high speed” ( Bluetooth 3.0 + HS) “ Bluetooth - Bluetooth 1.1 (2001): Đánh dấu bước low energy -Bluetooth lượng thấp phát triển công nghệ Bluetooth (Bluetooth Smart Ready/ Bluetooth Smart) nhiều lĩnh vực khác với quan tâm nhiều nhà sản xuất “Bluetooth low enegry” phần Bluetooth 4.0 với giao thức tiêu chuẩn - Bluetooth 1.2 (11/2003): Bắt đầu có Bluetooth 1.0 vào 4.0 nhằm phục vụ cho nhiều tiến đáng kể Chuẩn hoạt động ứng dụng lượng cực thấp dựa băng tần 2.4GHz tăng cường kết 2.5 Module Bluetooth HC-05 nối thoại 2.5.1 Giới thiệu module HC-05 - Bluetooth 2.0+ERD (2004): Bắt đầu nâng cao tốc độ giảm thiểu nửa lượng tiêu thụ so với trước Tốc độ chuẩn Bluetooth lên đến 2.1Mbps với chế độ cải thiện kết nối truyền tải–ERD (Enhanced data rate) - Bluetooth 2.1+ERD (2004): hệ nâng cấp Bluetooth 2.0 có hiệu cao tiết kiệm lượng - Bluetooth 3.0+HS (2008): có tốc độ truyền liệu đạt mức 24Mbps – sóng Blutooth – High Speed, tương đương chuẩn Hình 2: Module Bluetooth HC-05 Module Bluetooth HC-05 thiết kế để chuyển đổi giao tiếp nối tiếp không đồng thành giao tiếp không dây Bluetooth ngược lại 2.5.2 Đặc điểm kỹ thuật - Chuẩn Bluetooth : V2.0+EDR - Điện áp hoạt động : 3.3-5VDC, 30mA - Kích thước 28mm x 15mm x 2.35mm - Tần số: 2.4GHz - Tốc độ: 2.1Mbs (Max)/160kbps - Tốc độ baudrate mặc định: 9600, 8bit liệu, 1bit Stop Hỗ trợ tốc độ baud: 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400, 460800 - Nhiệt độ làm việc: -20 ~ 75 độ C - Độ nhạy: -80dBm 2.1 - Module có chế độ làm việc: + Kết nối truyền thông + Đáp ứng theo lệnh: làm việc chế độ này, gửi lệnh AT để giao tiếp cài đặt module 2.5.3 Đặc điểm phần cứng Hình 3: Sơ đồ chân Bluetooth HC-05 Thiết kế mơ hình xe điều khiển từ xa qua Bluetooth 3.1 Linh kiện - Board Adruino UNO R3 x - Module Motor driver L298N x - Module Bluetooth HC-05 x - Module Relay 5V x - Quang trở CDS x - Motor giảm tốc (3-9v), bánh xe x - Khung xe x - Đèn led 5V x 3.1.1 Module Motor driver L298N Thông số kĩ thuật: - Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H - Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V - Dòng tối đa cho cầu H là: 2A (=>2A cho motor) - Điện áp tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V - Dòng tín hiệu điều khiển: ~ 36mA (Arduino chơi đến 40mA nên khỏe re bạn) - Cơng suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃) - Nhiệt độ bảo quản: -25 ℃ ~ +130 ℃ Hình 4: Module L298N 3.1.2 Cảm biến ánh sáng quang trở Thông số kỹ thuật: - Điện áp làm việc: 3.3 ~ 5VDC - Output: Digital - Có thể điều chỉnh cường độ ánh sáng biến trở gắn cảm biến - Kích thước: 3.2cm x 1.4cm Cách hoạt động Ngõ D0 cảm biến dùng để xác định cường độ sáng môi trường, sáng, ngõ D0 giá trị 0, tối, ngõ D0 Trên cảm biến có biến trở để điều chỉnh cường độ sáng phát hiện, văn chiều kim đồng hồ làm giảm cường độ sáng nhận biết cảm biến, tức mơi trường phải sáng cảm biến đọc gía trị digital Hình 5: Module cảm biến ánh sáng 3.2 Thiết kế phần cứng Hình 6: Sơ đồ khối tổng quát 3.2.1 Khối xử lý Khối xử lý sử dụng bo mạch ArduinoUNO Có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ modul Bluetooth, xử lý xuất liệu cho modul Driver động 3.2.2 Khối nguồn Hình 8: Khối nguồn ni 3.2.3 Khối Driver động Hình 7: Kết nối Arduino với HC-05 Hình 9: Khối Driver động 3.2.4 Xe hồn thiện Hình 10: Mơ hình xe 3.3 Thiết kế phần mềm 3.3.1 Phần mềm thiết bị cầm tay Giao diện phần mềm điều khiển: Hình 11: Giao diện phần mềm điều khiển Thuật tốn phần mềm điều khiển: Hình 12: Thuật tốn phần mềm điều khiển 10 3.3.2 Khối xử lý Thuật toán khối xử lí trung tâm Arduino: Hình 13: Thuật tốn cho Arduino Kết hướng phát triển 4.1 Kết dạt - Nắm rõ giao tiếp Bluetooth - Tìm hiểu hệ điều hành android - Thực viết ứng dụng Android - Thực kết nối trao đổi liệu thiết bị cầm tay Arduino UNO qua module Bluetooth - Tìm hiều bo mạch Arduino - Thiết kế kết cấu khí cho khung xe - Thiết kế mạch điện cho xe - Viết chương trình cho Arduino nhận liệu từ thiết bị cầm tay điều khiển xe chạy theo u cầu Hình 14: Xe hồn thiện 11 4.2 Hướng phát triển đề tài - Tích hợp thêm nhiều chức cho xe như: truyền hình ảnh, đo nhiệt độ, độ ẩm, khoảng cách vật cản, đo độ nghiêng - Phản hồi cố thiết bị cầm tay - Ứng dụng công nghệ Bluetooth vào hệ thống khác TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Thế San, Cơ sở Nghiên Cứu & Sáng tạo robot, NXB Thống Kê,, 2005 [2] Arduino, http://arduino.cc [3] Android, http://developer.android.com [4] Dientuvietnam, http://dientuvietnam.net 12