Báo cáo vi xử lý xe điều khiển bluetooth

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỂN THÔNG - - B Á Đề tài: Xe điều khiển O bluetooth Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Lớp: Nguyễn Trọng Nhật 20163044 Lê Chí Phát 20163118 KSTN-ĐTVT-K61 Hà Nội, tháng năm 2019 Mục lục Mục lục Danh mục hình vẽ Danh mục bảng biểu .5 Chương Đặt vấn đề 1.1 Xác định đề tài ứng dụng 1.2 Yêu cầu chức 1.3 Yêu cầu phi chức Chương Phân công công việc 2.1 Bảng nhân lực 2.2 Bảng công việc Chương Thiết kế kiến trúc 3.1 Sơ đồ khối 3.2 Khối nguồn 3.2.1 Giới thiệu 7805 3.2.2 Nguyên lý hoạt động 3.3 Khối thu phát tín hiệu 3.4 Khối xử lý 10 3.5 Khối điều khiển động 11 3.5.1 Cấu trúc 11 3.5.2 Nguyên lý hoạt động 12 3.6 Sơ đồ đường tín hiệu mạch 13 3.7 Thiết kế App điều khiển xe 14 3.7.1 Thuật toán 14 3.7.2 Giao diện app .14 Chương Thử nghiệm & mô 15 4.1 Giao tiếp Arduino module Bluetooth HC06 15 4.2 Giao tiếp Arduino IC L293D 16 4.3 Giao tiếp chip Atmega328p với Module HC06 ICL293D 16 Chương Lắp ráp hoàn thiện sản phẩm 18 5.1 Layout hoàn thiện mạch 18 5.2 Mạch thực tế sản phẩm hoàn thiện 19 Tài liệu tham khảo 20 Danh mục hình vẽ Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch Hình 3.2: Sơ đồ chân 7805 .8 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn Hình 3.4: Sơ đồ chân HC06 Hình 3.5: Sơ đồ chân atmega328P .10 Hình 3.6: Sơ đồ chân L293D .11 Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý L293D .12 Hình 3.8: Sơ đồ đường tín hiệu mạch 13 Hình 3.9: Lưu đồ thuật tốn app điều khiển xe 14 Hình 3.10: Giao diện app điều khiển xe .14 Hình 4.1 Giao tiếp Arduino UNO module bluetooth HC06 15 Hình 4.2 Data gửi từ app data nhận adruino 15 Hình 4.3 Sơ đồ giao tiếp Arduino IC L293D 16 Hình 4.4 Lắp board trắng 16 Hình 4.5 Sơ đồ dây 17 Hình 4.6 Sản phẩm lắp board trắng 17 Hình 5.1 Sơ đồ mạch hồn chỉnh .18 Hình 5.2 Mơ hình layout 2D 3D 18 Hình 5.3 Mạch PCB 19 Danh mục bảng biểu Bảng 2.1: Bảng nhân lực Bảng 2.2: Bảng công việc .7 Bảng 3.1: Bảng chức chân atmega328 11 Bảng 3.2: Bảng chức chân L293D .12 Bảng 3.3: Nguyên lý doạt động L293D .13 Bảng 3.4: Bảng đường tín hiệu mạch 13 Chương Đặt vấn đề 1.1 Xác định đề tài ứng dụng Để phục vụ cho môn học Kỹ thuật vi xử lý thỏa mãn đam mê nhóm em xin tìm hiểu nghiên cứu thiết kế xe điều khiển bluetooth 1.2 Yêu cầu chức Các chức mạch:  Xe di chuyển thông qua điều khiển tín hiệu bluetooth app điện thoại  Có chế độ di chuyển: Tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải, dừng  Có nút reset  Sử dụng pin làm nguồn nuôi  Nhỏ gọn tiện di chuyển, có thẩm mỹ 1.3 Yêu cầu phi chức  Môi trường hoạt động:  Nhiệt độ lý tưởng: – 50 độ C  Áp suất: 1atm Độ ẩm: 30% - 60% RH  Khả hoạt động: Tốc độ xử lý: Ngay sau bấm điều khiển Cự li hoạt động: 10m so với điều khiển  Hình dạng kích thước: Thẩm mỹ, di chuyển linh hoạt  Tuổi thọ: năm  Giá thành: 250.000 VNĐ Chương Phân công công việc 1.1 Bảng nhân lực Bảng 2.1: Bảng nhân lực STT HỌ VÀ TÊN Nguyễn Trọng Nhật Lê Phát VAI TRÒ Thành viên Chí Thành viên ĐIỂM MẠNH CƠNG CỤ HÕ TRỢ ĐIỂM YẾU ĐỘ SẴN SÀNG Có Laptop, Nhiệt tình có ý Nhà xa, chưa linh kiện Luôn thức công hiểu rõ kiến việc thức điện Có xe máy Nhiệt tình có ý thức cơng việc, có kiến thức vi xử lý thơng dụng, ham học hỏi Có Laptop, Ln linh kiện Bảng 2.1 bảng nhân lực nhóm bao gồm tên thành viên nhóm, vai trị thành viên, điểm mạnh, điểm yếu thành viên để phân cơng công việc cho hợp lý 1.2 Bảng công việc Bảng 2.2: Bảng công việc Tên công việc Mô tả công việc Thời gian Tìm hiểu sản phẩm,thị trường Lên ý tưởng, tìm hiểu từ nhu cầu thị trường 14 ngày Mô tả kỹ thuật Mô tả yêu cầu chức phi chức 10 ngày Kế hoạch phát triển Xây dựng phân công công việc 10 ngày Thiết kế tổng quan sơ đồ mạch Xây dựng sơ đồ mạch nguồn 18V 14 ngày Lựa chọn phương án tối ưu Chọn linh kiện tối ưu 10 ngày Thử nghiệm mô Chạy thử nghiệm phần mềm bo mạch trắng ngày Sản xuất mạch Tìm hiểu cửa hàng có bán linh kiện cần mua ngày Đưa sản phẩm thị trường Giới thiệu sản phẩm để xem phản hồi ngày Bảng 2.2 bảng công việc cần thực bao gồm tên công việc, mô tả thời gian Chương Thiết kế kiến trúc 2.1 Sơ đồ khối Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch Hình 3.1 mơ tả sơ đồ khối mạch bao gồm khối khối nguồn có nhiệm vụ cung cấp nguồn ni cho tồn mạch ứng với khối cần điện áp nuôi khác nhau, khối xử lý đóng vai trị não mạch, tiếp nhận xử lý tín hiệu thu để đưa thị phù hợp cho khối khác, khối điều khiển động nhận tín hiệu từ khối xử lý để điều khiển động cho xe hoạt động ý muốn 2.2 Khối nguồn 1.1.1 Giới thiệu 7805 Hình 3.2: Sơ đồ chân 7805 Hình 3.2 mơ tả sơ đồ chân IC ổn áp LM7805 với hình bên trái sơ đồ chân hình dạng thực tế LM7805 cịn hình bên phải ký hiệu LM7805 mô chức tương ứng chân Dựa vào hình thấy chân chân nối với tín hiệu đầu vào điện áp muốn hạ xuống thường phải lớn 3V so với điện áp cần ổn định, chân đầu ứng với nguồn nuôi 5V cho mạch, chân chân nối đất 1.1.2 Nguyên lý hoạt động Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn Hình 3.3 sơ đồ nguyên lý khối nguồn để tạo nguồn nuôi cho mạch Do mạch điện cần tới giá trị điện áp khác để nuôi khối Điện áp 9V lấy trực tiếp từ pin 9V để nuôi khối điều khiển động cơ, điện áp 9V qua 7805 để tạo điện áp 5V nuôi khối xử lý ni khối thu phát tín hiệu Như vậy, khối nguồn hoàn thành đáp ứng theo yêu cầu đặt 2.3 Khối thu phát tín hiệu Nhóm chọn HC 06 làm thu phát tín hiệu bluetooth từ điện thoại phổ biến, dễ sử dụng, tương thích tốt với dịng vi xử lý Hình 3.4: Sơ đồ chân HC06 Hình 3.4 hình ảnh module bluetooth HC06 Dựa vào hình thấy HC06 có chân, cụ thể chức chân sau:  VCC: Chân cấp nguồn cho HC06 sử dụng nguồn nuôi 3.6V-6V  GND: Chân nối đất  TXD: Chân phát liệu, sử dụng mức level cao 3.3V  RXD: Chân nhận liệu 2.4 Khối xử lý Khối xử lý nhóm sử dụng IC atmega328P số tính trội tốc độ nhanh, dễ sử dụng, tương thích tốt với nhiều module khác, chip sử dụng cho dịng arduino phổ biến nên cộng đồng người dùng lớn dễ dàng việc tìm lỗi gặp khó khăn 10 Hình 3.5: Sơ đồ chân atmega328P Hình 3.5 mô tả sơ đồ chân atmega328P thích ln chân tương ứng với chân arduino để người dùng dễ sử dụng Có thể thấy atmega328P có 28 chân cụ thể Bảng 3.1 Bảng 3.3: Bảng chức chân atmega328 ST Tên chân Chân số Chức T PC6 PD0,PD1 2,3 Tín hiệu reset chip Dùng để gửi (transmit – TX) nhận (receive – RX) liệu TTL Serial PD3,PD5- 5,11,12, Ngồi chức thơng thường để đọc, xuất tín hiệu 6,PB1-3 15,16,17 chân cịn cho phép bạn xuất xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) hàm analogWrite() PD2,PD7, 4,13.14, Các chân đọc xuất liệu có mức 5V tương PB0,PB4-5 18,19 ứng với mức logic 0, PB6,PB7 9,10 chân tạo dao động cho chip với tần số 16MHz PC0-5 23-28 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp khoảng 0V → 5V AREF 21 Chân điện áp tham chiếu 11 VCC GND 7,20 8,22 Chân cấp nguồn 5V cho chip Chân nối đất 2.5 Khối điều khiển động 1.1.3 Cấu trúc Dựa vào số tiêu chí giá thành, tiện lợi dễ sử dụng, điều khiển động độc lập nhóm tìm hiểu sử dụng IC L293D cho khối điều khiển động Hình 3.6: Sơ đồ chân L293D Hình 3.6 mơ tả sơ đồ chân IC L293D L293D mạch tích hợp điều khiển động sử dụng để lái xe động DC quay theo hướng Nó IC 16 chân mà kiểm soát động DC lúc L293D hoạt động dựa đặc trưng mạch cầu H, mạch cho phép điện áp cao chạy theo chiều Trong L293D có mạch cầu H xoay động DC độc lập Cụ thể chức chân mô tả Bảng 3.2 Bảng 3.4: Bảng chức chân L293D ST Tên chân Chân số Chức T Enable1,2 Input1-2 Ouput1-2 Enable3,4 Input3-4 2,7 3,6 10,15 Cho phép cầu H thứ hoạt động Đầu vào điều khiển cầu H thứ Đầu điều khiển động cầu H thứ Cho phép cầu H thứ hai hoạt động Đầu vào điều khiển cầu H thứ hai 12 Ouput3-4 VCC GND 11,14 8,16 4,5,12,1 Đầu điều khiển động cầu H thứ hai Chân cấp nguồn Chân nối đất 1.1.4 Nguyên lý hoạt động Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý L293D Hình 3.7 sơ đồ nguyên lý lắp IC với động để điều khiển Dựa vào nguyên lý mạch cầu H ta tóm gọn nguyên lý làm việc mạch theo Bảng 2.3 Bảng 3.5: Nguyên lý doạt động L293D Chân (Input1) Chân (Input2) Trạng thái động Quay theo chiều kim đồng hồ Quay theo chiều ngược lại 0 Dừng 1 Dừng Bảng 3.3 nguyên lý hoạt động L293D, bảng mô tả nguyên lý cầu H IC, IC có mạch cầu H độc lập nên nguyên lý hoàn toàn tương tự chân Input3,4 Nhóm điều khiển động nên sử dụng IC293D 2.6 Sơ đồ đường tín hiệu mạch Sau tìm hiểu hết tất khối lựa chọn linh kiện phù hợp nhóm vẽ sơ đồ chi tiết với tín hiệu cụ thể so với sơ đồ khối ban đầu để từ đến mạch mơ 13 Hình 3.8: Sơ đồ đường tín hiệu mạch Cụ thể chức đường tín hiệu nêu rõ Bảng 3.4 Bảng 3.6: Bảng đường tín hiệu mạch Tên Số bit Chức Serial1 Byte Dữ liệu khối thu phát nhận Serial2 Byte Dữ liệu khối xử lý phản hồi Reset Tín hiệu reset chip Enable Tín hiệu cho phép cầu H hoạt động Input Tín hiệu vào khối điều khiển động Ouput Tín hiệu điều khiển động 1.3 Thiết kế App điều khiển xe 1.3.1 Thuật tốn Hình 3.9: Lưu đồ thuật tốn app điều khiển xe Hình 3.9 lưu đồ thuật toán app điều khiển xe Cụ thể tín hiệu gửi 1, 2, 3, 4, tương ứng với tác vụ yêu cầu xe tiến, lùi, sang phải, sang trái Như nhấn phím tiến xuống giữ app gửi tín hiệu u 14 cầu xe chạy liên tục nhả phìm tiến gửi tín hiệu u cầu xe dừng lại Tương tự với phím cịn lại 1.3.2 Giao diện app Hình 3.10: Giao diện app điều khiển xe Giao diện app điều khiển xe Hình 3.10, với phím điều khiển xe phím kết nối với Module bluetooth HC06 15 Chương Thử nghiệm & mô 3.1 Giao tiếp Arduino module Bluetooth HC06 Module HC06 gồm chân GND, VCC, TX, RX Khi kết nối bạn cần nối chân TX với chân chân RX nối với chân Arduino sau bạn lập trình gửi nhận liệu cổng Serial thông thường Module sử dụng loại Slave, kết nối với điện thoại bạn điền mật mặc định là: 1234 Hình 4.11 Giao tiếp Arduino UNO module bluetooth HC06 Hình 4.1 mơ tả kết nối module bluetooth với chân arduino Cùng với sử dụng ứng dụng S2 Terminal for bluetooth để thực việc gửi data từ điện thoại tới module Hình 4.12 Data gửi từ app data nhận adruino Sau nạp code cho Arduino, gửi data từ ứng dụng điện thoại Hình 4.2 thể data gửi từ điện thoại qua ứng dụng với data nhận arduino hoàn toàn trùng khớp, thử nghiệm giao tiếp Module HC06 với Arduino thành công 16 3.2 Giao tiếp Arduino IC L293D Mỗi IC L293D sử dụng chân tín giao tiếp với Arduino, chân kết nối với chân Digital D2-D13 (D0 D1 dùng để giao tiếp với module Bluetooth) Mỗi IC gồm cặp chân tín hiệu ra, cặp nối với motor Ngoài ra, để IC hoạt động, cần kết nối chân GND VCC IC với Arduino chân Enable để mức cao (nối trực tiếp với VCC) Hình 4.13 Sơ đồ giao tiếp Arduino IC L293D Hình 4.3 thể sơ đồ nối chân từ IC L293D với Arduino với motor Thực board mạch trắng thực tế Hình 4.4 Hình 4.14 Lắp board trắng Hình 4.4 thể test thử nghiệm giao tiếp adruino IC L293D Sau nạp code, Motor chạy theo code lập trình Như vậy, việc thử nghiệm L293D Arduino thành công 3.3 Giao tiếp chip Atmega328p với Module HC06 ICL293D Sau thử nghiệm riêng giao tiếp thành cơng, nhóm tiếp tục thử nghiệm lắp chung Module HC06 IC L292D với Chip Atmega328p tách từ board Arduino 17 Hình 4.15 Sơ đồ dây Hình 4.5 thể sơ đồ dây kết nối từ chip Atmega328p với IC L293D HC06 Đường dây màu đỏ thể nối với dương nguồn (Test nguồn 5V cho Adruino L293D) Dây đen đường nối đất, dây vàng đường tín hiệu vào IC L293D, dây xanh đường tín hiệu từ IC tới motor, dây xanh dương thể cho giao tiếp chip Atmega328 với HC06 Hình 4.16 Sản phẩm lắp board trắng Hình 4.6 xe lắp ráp theo sơ đồ dây Hình 4.5, sau chip nạp code từ board Arduino, sản phẩm chạy mong muốn Như thử nghiệm giao tiếp chip Atmega328 với Module HC06 IC L293D thành công 18 Chương Lắp ráp hoàn thiện sản phẩm 4.1 Layout hoàn thiện mạch Như theo sơ đồ dây thử nghiệm mục trước, nhóm tiến hành layout sản phẩm, layout có thêm số chi tiết như: IC ổn áp để ổn định nguồn cho Atmega328 HC06, thêm nút bấm để reset trạng thái chip Atmega328 Hình 5.17 Sơ đồ mạch hồn chỉnh Hình 5.1 sơ đồ mạch hồn chỉnh, bao gồm khối nguồn, khối xử lý, khối thu phát tín hiệu khối điều khiển động Hình 5.18 Mơ hình layout 2D 3D Hình 5.1 layout Altium Để tránh bị trùng dây khơng dây chân IC, nhóm thực dây lớp Trên mơ hình 2D, đường màu đỏ dây lớp (cùng lớp với linh kiện), đường màu xanh dây lớp 19 4.2 Mạch thực tế sản phẩm hồn thiện Sau layout, nhóm đặt mạch PCB mua linh kiện để hàn hoàn thiện sản phẩm Hình 5.19 Mạch PCB Hình 5.3 cho thấy mạch PCB giống layout altium với đường dây lớp, hình bên phải hình sau thực hàn linh kiện cắm IC lên DIPS 20