Bảo vệ đồ án nhập môn nghiên cứu về kỹ thuật mô hình xe điều khiển bằng bluetooth trên điện thoại smartphone

Nó đãgóp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bị từ xa haynhững thiết bị mà con người không thể trực tiếp chạm vào đểđiều khiển.Xuất phát từ ứng dụng quan trọng trên, em đã thiết

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ - Ô TÔ

- -Đề tài: XE THÔNG MINH ĐIỀU KHIỂN BẰNG BLUETOOTH TRÊN ĐIỆN THOẠI

SMART PHONE

Nhóm 06 –Cơ Điện Tử 01- K18

-TĐH 01

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

TRƯỜNG CƠ KHÍ - Ô TÔ

- -Giáo viên hướng dẫn : Khuất Thúc Dương

Lớp : Nhập môn về kỹ thuật – K18

Thành viên tham gia :

1.Lê Huy Thiên

9.Dương Anh Quốc

BẢO VỆ ĐỒ ÁN NHẬP MÔN NGHIÊN CỨU VỀ KỸ

THUẬT

Nhóm 06 –Cơ Điện Tử 01- K18

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hoá hiện đại hoá,nền khoa học – kỹ thuật luôn là mối quan tâm hàng đầu Cùngvới sự phát triển nhanh chóng về khoa học - kỹ thuật, ngành cơđiện tử có những bước phát triển nhảy vọt với linh kiện bán dẫn,các hệ thống nhúng ra đời… và kèm theo đó là nhiều ứng dụngmới xuất hiện phục vụ cho sinh hoạt và sản xuất con người

Hiện nay việc các ứng dụng ngày càng trở nên phổ biến, từnhững cái đơn giản như điều khiển cột đèn giao thông định thời,đếm sản phẩm dây chuyền sản xuất, điều khiển động cơ điệnmột chiều… Đến những ứng dụng phức tạp như điều khiểnRobot, hệ thống kiểm soát… Một trong những ứng dụng khôngkém phần quan trọng trong công nghiệp điều khiển từ xa Nó đãgóp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bị từ xa haynhững thiết bị mà con người không thể trực tiếp chạm vào đểđiều khiển

Xuất phát từ ứng dụng quan trọng trên, em đã thiết kế và thi

công mạch “Mô hình xe điều khiển bằng Bluetooth trên

điện thoại smartphone”

Trong quá trình thực hiện đề tài chắc chắn sẽ còn nhiều thiếusót nhất định Vậy chúng em mong sự giúp đỡ của thầy cô giáo

và sự góp ý của bạn bè

Danh Mục Hình Ảnh

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.Lý Do Chọn Đề Tài, Mục Đích, Đối Tượng Nghiên Cứu 1.1 Lý do chọn đề tài: Trong thời qua, khoa học máy tính và

xử lý thông tin có những bước tiến vượt bậc và ngày càng có những đóng góp to lớn vào cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật hiện đại, Đặc biệt sự ra đời và phát triển nhanh chóng của kỹ thuật số làm cho ngành kỹ thuật điện tử trở nên phong phú và

đa dạng hơn Nó góp phần rất lớn trong việc đưa kỹ thuật hiện đại thâm nhập rộng rãi vào mọi lĩnh vực của hoạt động sản xuất, kinh tế và đời sống xã hội Từ những hệ thống máy tính đến các thiết bị cá nhân cầm tay điện thoại Smartphone, để điều khiển các máy công nghiệp đến các thiết bị phục vụ cho đời sống hằng ngày của con người

Khoa học phát triển hầu như các thiết bị đầu có sự góp mặt củacông nghệ được tiếp cận sớm là một lợi thế Điện thoại trở nên phổ biến mọi người ai cũng có cho mình một chiếc điện thoạiVới mong muốn tìm hiểu nguyên lý, kỹ thuật trong các hệ thống

điều khiển Nhóm em đã thiết kế ra “THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE

ĐIỀU KHIỂN BẰNG BLUETOOTH TRÊN ĐIỆN THOẠI

SMARTPHONE”

1.2 Mục đích của đề tài :Mục đích nghiên cứu của đề tài này

là nghiên cứu về Arduino cụ thể hơn là Arduino uno, cải thiện kỹnăng thực hành, phương pháp lập trình cho Arduino bằng ngôn ngữ Arduino (được xây dựng trên ngôn ngữ C), để biên dịch chương trình và chuyển chương trình lên board là phần mềm Arduino IDE Lập trình ứng dụng Android dùng SDK, giao tiếp thông qua Bluetooth…

1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu :Module Bluetooth HC-06,

arduino uno R3, module I298 mạch cầu H, động cơ DC, phần mềm Arduino Integrated Development Environment (IDE)

1.4 Hướng nghiên cứu và thực nghiệm :Nghiên cứu nắm bắt

phần cứng của Arduino uno R3, sơ đồ khối, bố trí chân, tập lệnh điều khiển cho Arduino uno R3.Tìm hiểu cách điều khiển động

cơ DC.Tìm hiểu về lập trình phần mềm Android giao tiếp

Bluetooth Hướng đến kết quả cuối cùng là xe hoạt động ổn định, điều khiển được bằng bluetooth thông qua điện thoại

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ Ý TƯỞNG

2.1 Ý Tưởng Thiết Kế

2.1.1 Thiết bị điều khiển

Việc xây dựng ứng dụng trên hệ điều hành Android tương đối thuận lợi, dễ dàng bởi đây là hệ điều hành mã nguồn mở với cộng đồng sử dụng đông đảo Việc phát triển ứng dụng được thực hiện dễ dàng bất cứ khi nào mà không bị gò bó bởi bộ điềukhiển riêng biệt Qua đó nhóm đã thực hiện tạo một ứng dụng trên chiếc Smartphone chạy hệ điều hành Android, ứng dụng này có nhiệm vụ điều khiển thiết bị ngoại vi thông qua sóng Bluetooth

Hình 2.1.1: Giao diện điều khiển trên smartphone

2.1.2 Thiết bị ngoại vi

Nhóm sử dụng một module Bluetooth (HC–06) để truyền tải dữ liệu với Mobile và được điều khiển bởi 1 vi điều khiển Vi điều

khiển có nhiệm vụ chính là xử lý tín hiệu nhận được từ module Bluetooth và điều khiển 4 động cơ của xe.

Để đơn giản hơn trong việc lập trình, nhóm đã quyết định sử dụng Arduino, cụ thể hơn là Arduino uno R3 Việc lập trình cho Arduino cũng khá dễ dàng như các loại vi điều khiển khác, phầnmềm viết chương trình cho Arduino là Arduino Integrated

Development Environment (IDE)

− Tổng quan về Arduino, hệ điều hành Android và Bluetooth

− Thiết kế và thi công

− Nhận xét và hướng phát triển đề tài

CHƯƠNG 3:VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO UNO R3 VÀ

TỔNG QUAN VỀ BLUETOOTH

3.1 Vi điều khiển ARDUINO UNO R3

3.1.1 Định Nghĩa Arduino:

-Arduino là nền tảng tạo mẫu điện tử mã nguồn mở, được

sử dụng nhằmxây dựng các ứng dụng điện tử tương tác vớinhau hoặc với môi trường được thuận tiện, dễ dàng hơn.-Arduino Uno R3 là một board mạch vi điều khiển được phát triểnbởi Arduino.cc, một nền tảng điện tử mã nguồn

mở chủ yếu dựa trên vi điều khiển AVR Atmega328P

3.1.2 : Cấu Tạo Arduino UNO R3

Hình 3.1.1: Cấu tạo Urduino UNO R3

3.1.3 Tính năng arduino trên board

-Arduino Uno đi kèm với giao diện USB tức là cổng USB được thêm vào bo mạch Arduino để phát triển giao tiếp nối tiếp với máy tính

-Bộ vi điều khiển Atmega328 sử dụng trên bo mạch đi kèm với một số tính năng như hẹn giờ, bộ đếm, ngắt, chân PWM, CPU, chân I / O và dựa trên xung nhịp 16 MHz giúp tạo ra nhiều tần

số và số lệnh hơn trong mỗi chu kỳ.-Đây là một nền tảng mã nguồn mở, nơi mọi người có thể sửa đổi và tối ưu hóa bảng dựa trên số lượng hướng dẫn và nhiệm vụ muốn đạt được

-Arduino đi kèm với một tính năng điều chỉnh tích hợp giúp giữ điện áp trong tầm kiểm soát khi thiết bị được kết nối với thiết bị bên ngoài.

-Chân reset trên Arduino để thiết lập lại toàn bộ và đưa chương trình đang chạy trở về ban đầu Chân reset này hữu ích khi

Arduino bị treo khi đang chạy chương trình

-Có 14 chân I / O digital và 6 chân analog được tích hợp trên Arduino cho phép kết nối bên ngoài với bất kỳ mạch nào với Arduino Các chân này cung cấp sự linh hoạt và dễ sử dụng cho các thiết bị bên ngoài có thể được kết nối thông qua các chân này

-6 chân analog được đánh dấu là A0 đến A5 và có độ phân giải

10 bit Các chân này đo từ 0 đến 5V, tuy nhiên, chúng có thể được cấu hình ở phạm vi cao bằng cách sử dụng chức năng analogReference () và chân ISF

-Chỉ cần nguồn 5V để sử dụng với Arduino, hoặc lấy nguồn trực tiếp từ cổng USB Arduino có thể hỗ trợ nguồn điện bên ngoài lên đến 12 V và có thể được điều chỉnh giới hạn ở mức 5 V hoặc 3,3 V dựa trên yêu cầu của dự án

-Dùng để chế tạo ra máy bay không người lái

-Điều khiển đèn giao thông, làm hiệu ứng đèn Led nhấp nháy trên các biển quảng cáo…

- Điều khiển motor, đèn led

3.2 Tổng Quan Về Công Nghệ Không Dây Bluetooth

3.2.1 Khái niệmBluetooth là một công nghệ cho phép truyền

thông giữa các thiết bị với nhau mà không cần dây dẫn Nó là một chuẩn điện tử, điều đó có nghĩa là các hãng sản xuất muốn

có đặc tính này trong sản phẩm thì họ phải tuân theo các yêu cầu của chuẩn này cho sản phẩm của mình Những tiêu chuẩn

kỹ thuật này đảm bảo cho các thiết bị có thể nhận ra và tương tác với nhau khi sử dụng công nghệ Bluetooth Ngày nay phần lớn các nhà máy đều sản xuất các thiết bị có sử dụng công nghệ

Bluetooth Các thiết bị này gồm có điện thoại di động, máy tính

và thiết bị hỗ trợ cá nhân PDA ( Personal Digital Assistant ) Công nghệ Bluetooth là một công nghệ dựa trên tần số vô tuyến

và bất cứ một thiết bị nào có tích hợp bên trong công nghệ này đều có thể truyền thông với các thiết bị khác với một khoảng cách nhất định về cự ly để đảm bảo công suất cho việc phát và nhận sóng Công nghệ này thường được sử dụng để truyền

thông giữa hai loại thiết bị khác nhau Ví dụ: Bạn có thể hoạt động trên máy tính với một bàn phím không dây, sử dụng bộ tainghe không dây để nói chuyện trên điện thoại di động của bạn hoặc bổ sung thêm một cuộc hẹn vào lịch biểu PDA của một người bạn từ PDA của bạn

-Khoảng cách giao tiếp cho phép giữa hai thiết bị đầu cuối có thể lên đến 10m,khoảng cách giữa thiết bị đầu cuối và access point có thể lên tới 100m

-Bluetooth sử dụng băng tần 2.4GHz Tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới mứctối đa 1Mbps mà các thiết bị không cần phải trựctiếp thấy nhau

-Dễ dàng trong việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối một ứng dụng nàyvới một ứng dụng khác thông qua chuẩn

Bluetooth pro昀椀les, do đó có thể độc lập về phần cứng cũng như

số tương thích để di chuyển đến thiết bị cần kết nối trong khu vực nhằm đảm bảo sự liên tục Về tầm phủ sóng, bluetooth có 3class: class 1 có công suất 100mW với tầm phủ sóng gần 100m;class 2 có công suất 2,5mW tầm phủ sóng khoảng 10m; và class 3 là 1mW với tầm phủ sóng khoảng 5m Bản thân bên

trong Bluetooth hiện nay là một tập hợp nhiều giao thức hoạt động khác nhau

Ví dụ: A2DP ( Advvanced Audio Distribution Pro昀椀le) là cơ chế truyền dẫn âm thanh stereo qua sóng bluetooth tới các tai

nghe, loa; FTP( File Transfer Protocol) là cơ chế chuyển đổi dữ liệu qua kết nối Bluetooth giữa các thiết bị ( hay còn gọi là File Transfer Services ); hay OBEX, được phát triển bởi chính nhà mạng Verizon , cho phép xóa dữ liệu thông qua Bluetooth

3.3.4 Module Bluetooth HC – 06

3.3.4.1 Giới thiệu về Module Bluetooth HC – 06

Hình 3.3.3: Module Bluetooth HC-06

Đặc điểm kỹ thuật:

Chế độ hoạt động : Master , Slave

+ Ở chế độ SLAVE: Cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb bluetooth để dò tìm module sau đó pair với mã PIN là 1234 Sau khi pair thành công, bạn đã có 1 cổng serial từ xa hoạt

động ở baud rate 9600

+ Ở chế độ MASTER: module sẽ tự động dò tìm thiết bị

bluetooth khác (1 module bluetooth HC-06, usb bluetooth,

bluetooth của laptop…) và tiến hành ghép nối chủ động mà không cần thiết lập gì từ máy tính hoặc smartphone

-Hoạt động điện áp: 3.2 ~ 6VDC

-Mức điện áp giao tiếp: 3.3 - 5VDC

-Dòng khi hoạt động: khi Ghép nối 30 mA, sau khi ghép nốihoạt động truyền nhận - bình thường 8 mA

-Tốc độ truyền UART có thể chọn được: 1200, 2400, 4800,

-Các tính năng bảo mật: xác thực và mã hóa

-Kích thước: 37 x 15,6mm

-Tự động reconnect trong 30 phút nếu bị đứt kết nối

Module có 2 chế độ làmviệc ( có thể chọn chế độ làm việc bằng cách thay đổ trạng thái chân KEY-34:Tự động kết nối )

-Đáp ứng theo lệnh: khi làm việc ở chế độ này, chúng ta cóthể gửi các lệnh ATđể giao tiếp với module Giao tiếp với module bằng giao tiếp nối tiếp không đồng bộ qua hai đường RX và TX Bằng cách thay đổ trạng thái chân KEY chúng ta có thể cấu hình chế độ hoạt động cho Module-Để module làm việc ở chế độ tự động kết nối: KEY phải ở trạng thái Floating( trạng thái không kết nối )

-Để module làm việc ở chế độ đáp ứng theo lệnh :

KEY=’0’, cấp nguồn chomodule, chuyển KEY = ‘1’, lúc này

có thể giao tiếp với module bằng tập lệnh AT Ở chế độ SLAVE: chúng ta cần thiết lập kết nối từ smartphone,

laptop, usb bluetooth để dò tìm module và ghép nối với pin code mặc định ”1234”

+Module tương thích với các vi diều khiển 5V mà không cần chuyển đổ mức giao tiếp 5V về 3.3V như nhiều loại module khác

3.3.4.2 Đặc tả phần cứng

Module Bluetooth HC-06 được thiết kế để chuyển đổi giao tiếp nối tiếp không đồng bộ và thành giao tiếp không dây Bluetooth

và ngược lại

Hình 3.3.4: Sơ đồ chân mạch bluetooth

Mô tả sơ đồ chân

Chân VCC: Giống như mọi thiết bị khác, HC-06 Modules cũng phụ thuộc vào nguồn điện để hoạt động và chân VCC cấp nguồnđiện từ bên ngoài

Chân GND: Chân nối đất module

Chân TX: Chân truyền dữ liệu giao thức UART

Chân RX: Chân nhận dữ liệu trong giao tiếp UART

Chân State: Báo trạng thái kết nối của Bluetooth

Chân Enable/key: Chân Enable / Key là chân thay đổi chế độ giữa chế độ dữ liệu và chế độ dòng lệnh bằng cách cấp tín hiệu bên ngoài Cấp logic cao sẽ chuyển sang chế độ dòng lệnh và trạng thái logic thấp sẽ chuyển sang chế độ dữ liệu Chế độ thiết bị mặc định là chế độ dữ liệu

Chân button: Các chế độ dữ liệu và lệnh có thể thay đổi thông qua một nút nhấn có trên module

Chân LED: Đèn LED hiển thị trạng thái của Module HC-46

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

4.1 Chương Trình Android

4.1.1 Giao diện điều khiển Android trên Smartphone

Hình 4.1.1: Giao diện điều khiển Android trên Smartphone

Hình 4.1.2: Cho Phép bật Bluetooth trước khi kết nối với Arduino

4.1.2.2: Chương trình xe

#include <So昀琀wareSerial.h>

So昀琀wareSerial mySerial(2, 3); // RX, TX

const int relay = 12;

const int motorA1 = 5;

const int motorA2 = 6;

const int motorB1 = 9;

const int motorB2 = 10;

//const int buzzer = 10 ;

const int BTState = 8;

4.1.2.3 : Quy trình nạp code vào xe

Download phần mềm IDE Mở ứng dụng cần cài đặt bởi Click đúp vào ứng dụng

Hình 24 Cái đặt phần mềm lập trình IDE

Kết nối board ARDUINO UNO với máy tính qua cáp nối USB Nếu kết nối chính xác bạn sẽ thấy đèn báo nguồn LED xanh sáng và đèn LED màu cam sang nháy

Hình 25 Kết nối Board ARDUINO UNO

Chú ý: Với mỗi Board Arduino khác nhau, khi căm vào máy tính

sẽ hiện cổng COM khác nhau

Biên dịch chương trình , nạp chương trình vào board

UNO

Đầu tiên sau khi mở chương trình, sau đó chọn lựa board, chọn cổng COM ứng với board Arduino

Hình 26 Cấu hình (chọn) cổng COM

Hình 27 Cấu hình (chọn) Board

Nạp chương trình bộ xe vào Arduino

Hình 28 Mở chương trình code mẫu

Hình 29 Uploading (nạp chương trình) thành công

4.2 Quá trình thi công

- Ốc vít, bulong, dây nối

4.2 Quá trình thi công

Hình 4.2.1:Đặt đồ trên shopee về

Hình 4.2.2: Kiểm tra hàngà đồồng trền đ ng c (Hình 4.2.12)ộ ơ ả

ộ ơ

Hình 4.2.12

B5:lắấp Arduino uno R3, Module Bluetooth HC05, Module L298

M ch Cấồu H Điềồuạ Khi n Đ ng C DC lền khung xe và kềất nồấi

Hình 4.2.13

Hình 4.2.14

Hình 4.2.15: Hoàn thành s n ph mả ẩ

CHƯƠNG 5 : KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Đánh giá kết quả thực hiện đề tài

Đề tài “ Xe Điều Khiển Từ Xa Thông Qua SmartPhone” , là

một đề tài có tính dụng cao, có thể sử dụng cho nhiều bài toán thực tế như điều khiển các thiết bị trong nhà, giám sát và điều khiển các thiết bị báo cháy, báo gas, ổ định nhiệt độ,… Việc xâydựng thiết bị liên quan đến nhiều mảng kiến thức

Kết quả đạt được:

-Nắm rõ được giao tiếp Bluetooth

-Tìm hiểu về hệ điều hành android

-Thực hiện viết ứng dụng trên Android

-Thực hiện kết nối và trao đổi dữ liệu giữa Smartphone và Module Bluetooth

-Viết chương trình xử lý dùng Arduino

-Thiết kế mạch driver cho động cơ DC

Nhược điểm:

-Xe thiết kế khá đơn giản, chứa nhiều tính năng

5.2 Hướng phát triển đề tài

Đềồ tài đã đ t đạ ược m t sồấ kềất qu nhấất đ nh, song đ đáp

th c đ tắng kh nắng x lý, cũng nh tính ứ ệ ờ ự ể ả ử ư linh ho t c

a nó ạ ủ

- Tích hợp thêm nhiều chức năng cho xe như: chiếu sáng, đonhiệt độ, độ ẩm, khoảng cách vật cản, đo độ nghiêng

- Phản hồi được các sự cố về ứng dụng android

Tài Liệu Tham Khảo http://www.alldatasheet.com/

Cộng đồng arduino Việt Nam

………