Xe lăn thông minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP.HỒ CHÍ MINH HUTECH UNIVERSITY BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: XE LĂN THÔNG MINH Họ tên: NGUYỄN TRẦN BẢO NGỌC MSSV: 1711020033 NGUYỄN HUY THÔNG MSSV: 1711020241 NGUYỄN TẤN THÀNH MSSV: 1711020470 Thời gian : Tháng 8/2021-5/09/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP.HỒ CHÍ MINH HUTECH UNIVERSITY BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: XE LĂN THÔNG MINH Họ tên: NGUYỄN TRẦN BẢO NGỌC MSSV: 1711020033 NGUYỄN HUY THÔNG MSSV: 1711020241 NGUYỄN TẤN THÀNH MSSV: 1711020470 Thời gian : Tháng 8/2021-5/09/2021 VIỆN KỸ THUẬT HUTECH PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Hệ: …Chính quy……………… (CQ, LT, B2, VLVH) Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên đăng ký đề tài (sĩ số nhóm…3…): (1) Nguyễn Trần Bảo Ngọc MSSV: 1711020033……Lớp: 17DDCA1 Điện thoại: 0569402835 Email: baongoc990412@gmail.com (2) Nguyễn Tấn Thành Điện thoại: 0378215664 (3) Nguyễn Huy Thông Điện thoại: : 0789573548 Ngành MSSV: 1711020470 ………Lớp: 17DDCB1 Email:thanhnguyentan1999@gmail.com MSSV: 1711020241……… Lớp: 17DDCB1 Email: nhthong134@gmail.com : Kỹ thuật Điện-Điện tử Chuyên ngành : Tên đề tài đăng ký : Xe lăn tự động Sinh viên hiểu rõ yêu cầu đề tài cam kết thực đề tài theo tiến độ hoàn thành thời hạn TP HCM, ngày 06 tháng 05 năm 2021 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Sinh viên đăng ký (Ký ghi rõ họ tên) MÃ ĐỀ TÀI: 158 Viện Kỹ thuật Hutech PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Mỗi sinh viên phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài nhiệm vụ sinh viên GVHD chuyển cho SV để nộp VP Viện.) Sinh viên thực đề tài Họ tên : Nguyễn Trần Bảo Ngọc MSSV : 1711020033 Lớp :17DDCA Điện thoại : 0569402835 Ngành : Kỹ thuật Điện-Điện tử Email : baongoc990412@gmail.com Tên đề tài: Xe lăn tự động Nhiệm vụ thực đề tài: - Thiết kế mơ hình - Nghiên cứu phần điều khiển - Viết báo cáo TP HCM, ngày 06 tháng 05 năm 2021 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Sinh viên thực (Ký ghi rõ họ tên) MÃ ĐỀ TÀI: 158 Viện Kỹ thuật Hutech PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Mỗi sinh viên phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài nhiệm vụ sinh viên GVHD chuyển cho SV để nộp VP Viện.) Sinh viên thực đề tài Họ tên : Nguyễn Tấn Thành MSSV : 1711020470 Lớp : 17DDCB1 Điện thoại : 0378215664 Email : thanhnguyentan1999@gmail.com Ngành : Kỹ thuật Điện-Điện tử Tên đề tài: Xe lăn tự động Nhiệm vụ thực đề tài: - Lập trình điều khiển cho xe hoạt động - Tìm hiểu thiết bị -Mơ mơ hình TP HCM, ngày 06 tháng 05 năm 2021 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Sinh viên thực (Ký ghi rõ họ tên) MÃ ĐỀ TÀI: 158 Viện Kỹ thuật Hutech PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Mỗi sinh viên phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài nhiệm vụ sinh viên GVHD chuyển cho SV để nộp VP Viện.) Sinh viên thực đề tài Họ tên : Nguyễn Huy Thông MSSV : 1711020241 Lớp17DDCB1 Điện thoại : 0789573548 Ngành : Kỹ thuật Điện-Điện tử Email : nhthong134@gmail.com 10 Tên đề tài: Xe lăn tự động 11 Nhiệm vụ thực đề tài: - Nghiên cứu phần điều khiển - Tìm hiểu linh kiện, thiết bị TP HCM, ngày 06 tháng 05 năm 2021 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Sinh viên thực (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan sản phẩm nghiên cứu kham khảo từ nhiều nguồn Khơng sản phẩm chép hồn tồn sản phẩm khác Khơng có trợ giúp từ bên ngồi khơng phải thành viên rong nhóm Khi có phát sinh vấn đề kiện cáo quyền tác phẩm nhóm chúng tơi xin chịu trách nhiệm Kí tên xác nhận LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn quý thầy cô Viện kĩ thuật, ban giám hiệu nhà trường tạo điều kiện cho sinh viên thực nghiên cứu đồ án.Và hoàn thành đồ án Rất mong quý thầy cô nhận xét góp ý cho sản phẩm “Xe lăn thơng minh” nhóm em Mục Lục Kí tên xác nhận Mục Lục Danh mục bảng, biểu đồ, hình vẽ .5 LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .10 Tổng quan xe lăn: .10 1.1 1.1.1 Lịch sử phát triển: 10 1.1.2 Các dạng xe lăn: 13 1.4 Giới thiệu Arduino .24 1.4 Giới thiệu chung Android 24 1.5 Giới thiệu chung Bluetooth 25 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP .26 2.1 Tổng quan: .26 2.2 Thiết kế: 26 Xe chia làm phần chính: 26 2.2.1 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT .35 Phần bluetooth: .35 3.1 3.2.1 Tìm hiểu qua Module Blutooth HC06 35 3.2.3 Tổng quan hệ điều hành Android 39 3.2.4 Chương trình tạo giao diện Android 41 Tổng quan công nghệ Bluetooth 43 3.3 3.3.1 Khái niệm 43 3.3.2 Đặc điểm công nghệ Bluetooth 44 3.3.3 Hoạt động 45 3.3.4 Các hệ Bluetooth 45 Vấn đề bảo mật công nghệ Bluetooth 47 3.3.5 3.3.7 Các chế độ kết nối - Active mode 49 3.3.8 Kỹ thuật trải phổ nhảy tần số công nghệ Bluetooth 50 CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ 59 4.1 Chọn thiết bị: 59 4.4 Tổng quan bên trong, lập trình code: 61 4.5 Mô hình mơ sơ lược: 71 4.6 Sơ đồ mạch điều khiển động lực .72 4.7 Mạch kết nối Bluetooth Aurino 72 4.8 Mạch tổng 73 4.9 Tính tốn khối nguồn: 75 4.10 Khối công suất điều khiển động 76 CHƯƠNG 5: THI CÔNG 78 5.1 Mơ hình mơ 78 5.2 Mô hình vật lý 79 5.3 Chạy thử sản phẩm 80 5.4 Nhận xét & đánh giá .81 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 82 6.1 Hướng phát triển .82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 analogWrite(motor5, LOW); break; case 'B'://ha chan trai analogWrite(motor5, LOW); break; case 'C'://ha chan phai analogWrite(motor5, LOW); break; } } } 69 4.5.3 Code bluetooth // Khai báo biến char state; 25 26 27 HIGH) 28 29 30 31 32 33 HIGH) 34 35 36 LOW) 37 38 39 HIGH) 40 41 42 LOW) 43 44 45 HIGH) 46 47 48 LOW) 49 50 51 52 53 54 55 void setup() { // Cài đặt chân bạn muốn điều khiển thành thành Ouput // Ở sử dụng chân 9, 10, 11, pinMode(9, OUTPUT) pinMode(10, OUTPUT) pinMode(11, OUTPUT) 10 pinMode(12, OUTPUT) 11 Serial.begin(9600); // Kết nối bluetooth module tốc độ 960 12 } 13 14 void loop() { 15 16 if(Serial.available() > 0) 17 // Đọc giá trị nhận từ bluetoot 18 state = Serial.read() 19 } else 20 state = 21 22 Serial.println(state) 23 // Thực điều khiển chân 9, 10, 11, 12 24 // Ở quy ước sẵn giá trị gửi nhận liệu điện thoại Arduino 70 switch (state) { case '1' digitalWrite(9, break case '2' digitalWrite(9, LOW) break case '3' digitalWrite(10, break case '4' digitalWrite(10, break case '5' digitalWrite(11, break case '6' digitalWrite(11, break case '7' digitalWrite(12, break case '8' digitalWrite(12, break; default: break } ➢ Hình ảnh thực Hình4.9: ảnh chạy thử mạch blueooth 4.6 Mơ hình mơ sơ lược: Hình 4.10: mơ chuyển động xe 71 4.7 Sơ đồ mạch điều khiển động lực Hình 4.11: Sơ đồ mạch động lực Mạch động có chức điều khiển động chạy thuận chạy ngược Ban đầu TIP41C role chưa dẫn động khơng hoạt động Khi TIP41C dẫn động cấp điện để chạy thuận, tiếp kích thêm role động chạy ngược 4.8 Mạch kết nối Bluetooth Aurino Hình 4.12: Mạch kết nối Bluetooth Aurino 72 4.9 Mạch tổng Hình 4.13: Mạch tổng Hình 4.14: hình mạch tổng mơ chạy 73 Hình 4.15: Hình chạy mơ phần mềm Hình 4.16: Mạch in Hình 4.17: mạch thực tế sau thực 74 4.10 Tính tốn khối nguồn: Hình 4.18: nguồn sử dụng xe lăn ❖ Các thơng số: [3] • Dung lượng pin: 12AH • Điện áp tiêu chuẩn: 24V • Sạc điện áp: 24V • Tiêu chuẩn: GB/18278-2000 Cơng suất tiêu thụ: Dịng ESP8266 chân GPIO 20mA, hệ thống sử dụng chân GPIO nên dòng 160mA Dòng module chân 40mA, sử dụng chân nên số dịng 80mA Do đó, có tổng dịng 240mA Công suất tiêu thụ hệ thống là: P = U*I = *0.24 = 1.2 W Tính thời gian sử dụng xe: Do xe điều khiển với tốc độ nên mức độ có thời gian sử dụng khác nhau, qua thực nghiệm tính tốn cho kết quả: • Thời gian sử dụng xe mức (MIN): Áp lúc sử dụng: 1,7V Dịng điện: 2.3A Cơng suất là: 3.91W 75 Do đó, thời gian sử dụng xe là:[3] Tương tự, ta kết thời gian sử dụng mức • Thời gian sử dụng xe mức (TB) 6h • Thời gian sử dụng xe mức (MAX) 3h 4.11 Khối công suất điều khiển động Động chọn mơ hình động giảm tốc DC để điều khiển xe chạy tiến, lùi, xoay trái, xoay phải, điều chỉnh tốc độ nhanh chậm theo ý muốn.Ở nhóm chọn module BTS7960 để điều khiển động module đáp ứng đủ điều kiện trên, giá thành module 139.000 VNĐ phù hợp cho sinh viên sử dụng mơ hình Một số thơng số module BTS7960: • Điện áp đầu vào: 6~27V • Dịng điện tải mạch: 43A (tải trở), 15A (tải cảm) • Tín hiệu logic điều khiển: 3.3 ~ 5V • Tần số điều khiển tối đa: 25KHz • Tự động shutdown điện áp thấp: để tránh điều khiển động mức điện áp thấp thiết bị tự shutdown Nếu điện áp < 5.5V, mạch điều khiển động DC BTS7960 tự ngắt điện mở lại sau điện áp > 5.5V • Bảo vệ nhiệt: BTS7960 bảo vệ chống nhiệt cảm biến nhiệt tích hợp bên Đầu bị ngắt có tượng q nhiệt • Kích thước: 40 x 50 x12mm 76 Bảng Kết nối ESP8266 NodeMCU với module BTS7960 ESP8266 NodeMCU Module BTS7960 (1) D0 R_EN,L_EN D1 LPWM D2 RPWM ESP8266 NodeMCU Module BTS7960 (2) D3 R_EN,L_EN D4 LPWM D5 RPWM 77 CHƯƠNG 5: THI CƠNG 5.1 Mơ hình mơ Hình 5.1: mơ chuyển động xe lăn lúc ngồi Hình 5.2: Mơ chuyển động xe lăn lúc ngồi ngữa 1/2 Hình 5.3: Mơ nằm ngang xe lăn 78 5.2 Mơ hình vật lý Hình 5.4: tổng quan thực tế thiết bị Hình 5.5: chi tiết tổng thể thiết bị 79 5.3 Chạy thử sản phẩm Hình 5.6: chạy thử sản phẩm thực tế qua đường có chướng ngại Hình 5.7: chạy thử sản phẩm thực qua đường phẳng Hình 5.8: khởi động sản phẩm thực tế Hình 5.9:cơng ắc nguồn Hình 5.10: bơ trung tâm điều khiển nguồn thực tế 80 Hình 5.11: hình xe lăn hồn chỉnh có thêm đệm đầu bật Ứng dụng sau hoàn thành đáp ứng yêu cầu đề tài sau kết nối với mơ hình ứng dụng điều khiển xe chạy tiến, lùi, xoay trái, xoay phải, dừng xe, thay đổi tốc độ xe 5.4 Nhận xét & đánh giá Nhóm hồn thành mục tiêu ban đầu đề là: Điều khiển xe chạy tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải, thay đổi tốc độ xe thông qua ứng dụng điện thoại Android thông qua Bluetooth Điều khiển xe chạy tiến, lùi, rẽ phải, rẽ trái giọng nói Ngồi kết đạt được, mơ hình cịn hạn chế sau: Vẫn xảy chậm trễ việc điều khiển từ điện thoại tới mơ hình xe Do có trễ truyền nhận liệu đường truyền khả viết ứng dụng Android điều khiển mơ hình, chương trình cho vi điều khiển chưa tối ưu (do kiếnthức lập trình sinh viên cịn hạn chế) 81 • Thống kê độ xác thực tế lệnh, tiến hành kiểm tra lệnh 10lần kết quả: ❖ Điều khiển tay đạt 100% ❖ Điều khiển bluetooth: • • • • • Lệnh tiến: 70% Lệnh lùi: 70% Lệnh dừng: 70% Lệnh trái: 60% Lệnh phải:60% CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN Sau 15 tuần nghiên cứu thực đề tài, nhóm hồn thành đềtài “Điều khiển xe lăn Bluetooth smartphone” đạt mục tiêu ban đầu đề Trong q trình thực hiện, nhóm có số kết định sau: Thiết kế giao diện ứng dụng điều khiển điện thoại thân thiện dễsử dụng Điều khiển xe chạy tiến, chạy lùi, rẽ trái, rẽ phải, thay đổi tốc độ dichuyển Điều khiển xe bluetooth Mô hình ứng dụng phát triển thực tế 6.1 Hướng phát triển Đây đề tài mà nhóm làm phương diện thí nghiệm chưa áp dụng vào thực tế Vì để mơ hình hồn thiện sau nhóm xin đề ramột vài phương án để góp phần cải thiện mơ hình mang áp dụng thực tế: Kết hợp với cảm biến phát vật cản App hạn chế dụng hệ điều hành Android, cần nghiên cứu phát triển thêm hệ điều hành IOS 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Nguyễn Hữu Phương, “Mạch số dùng cho sinh viên đại học ngành điện tử, tự động hóa, viễn thơng, tin học, v.v.”, Nhà xuất Thống kê, 2004 [2] Nguyễn Văn Hiệp, “Giáo trình Lập trình Android ứng dụng điều khiển”, Nhà xuất đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh [3] “Giáo trình điện tử bản” Trần Thu Hà, Trương Thị Bích Ngà, Nguyễn Thị Lưỡng, Tp Hồ Chí Minh: Đại học Quốc gia Tp.HCM,2013 Trang Web tham khảo [4] “Arduino”, truy cập ngày 6/11/2019, đường dẫn: https://vi.wikipedia.org/wiki/Arduino [5] “Arduino ứng dụng sống”, truy cập ngày 6/11/2019, đường dẫn: https://quantrimang.com/arduino-la-gi-va-ung-dung-cua-no-trong-cuoc-song145388 [6] “Động giảm tốc gì? Motor giảm tốc có khác so với hộp giảm tốc? Khái niệm hộp giảm tốc?”, truy cập ngày 6/11/2019, đường dẫn: http://www.namtrung.com.vn/document/dong-co-giam-toc-la-gi-hop-giam-toc-la-gi [7] “WiFi Access Point”, truy cập ngày 13/11/2019, đường dẫn: https://arduino.esp8266.vn/wifi/access-point.html#softap [8] “Internet Of Things (IoT) : cho người bắt đầu”, truy cập ngày 13/11/2019, đường dẫn: https://iotmakervn.github.io/iot-starter-book/#_esp8266 [9] truy cập ngày 14/11/2019, đường dẫn: https://viblo.asia/p/machine-learning-that-thu-vi-6-nhan-dien-giong-noi1Je5E8DylnL [10] Ths Hà Đình Dũng, Giáo trình kỹ thuật bluetooth, truy cập ngày 14/11/2019, đường dẫn: https://xemtailieu.com/tai-lieu/giao-trinh-ky-thuat-am-thanh-ths-ha-dinh-dung1573504.html 83