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
lOMoARcPSD|39270902 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ TRƯỜNG ĐẠI HỌCNCỘÔNI G NGHIỆP HÀ NỘI TRTRƯƯỜỜNNGGCCƠƠ KHHÍÍ ÔÔTTÔÔ BẢO VỆ ĐỒ ÁN NHẬP MÔN NGHIÊN CỨU VỀ KỸ THUẬT Giáo viên hướng dẫn : Khuất Thúc Dương Lớp : Nhập môn về kỹ thuật – K18 Thành viên tham gia : 1.Lê Huy Thiên 2.Phạm Quang Anh Đề tài: XE THÔNG MIN3H.ĐàĐoIQỀuUanKg HHuIyỂN BẰNG BLUETO4O.TTrầHn HToRànÊgNNaĐmIỆN THOẠI SMAR5T.NPguHyễOnNHùEng Dũng 6.Nguyễn Đình Quảng 7.Nguyễn Chí Kiên 8.Nguyễn Mạnh Đạt 9.Dương Anh Quốc Nhóm 06 –Cơ Điện Tử 01- K18 Nhóm 06 –Cơ Điện Tử 01- -TĐKH1081 -TĐH 01 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 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 Cùng với sự phát triển nhanh chóng về khoa học - kỹ thuật, ngành cơ điện 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 dụng mới xuất hiện phục vụ cho sinh hoạt và sản xuất con người Hiện nay việc các ứng dụng ngày càng trở nên phổ biến, từ những cái đơn giản như điều khiển cột đèn giao thông định thời, đếm sản phẩm dây chuyền sản xuất, điều khiển động cơ điện một chiều… Đến những ứng dụng phức tạp như điều khiển Robot, hệ thống kiểm soát… Một trong những ứng dụng không kém phần quan trọng trong công nghiệp điều khiển từ xa Nó đã góp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bị từ xa hay những thiết bị mà con người không thể trực tiếp chạm vào để điều 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 thiếu sót nhất định Vậy chúng em mong sự giúp đỡ của thầy cô giáo và sự góp ý của bạn bè Chúng em xin chân thành cảm ơn! Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 Danh Mục Hình Ảnh Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 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 của công 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 thoại Với 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 kỹ năng 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 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 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 điều khiển 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 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 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, phần mềm viết chương trình cho Arduino là Arduino Integrated Development Environment (IDE) Hình 2.1.2: Arduino uno R3 2.2 Mô hình hệ thống : Hình 2.1.3: Mô hình hệ thống 2.3 Nội Dung Đồ Án: − Tổng quan về đồ án − 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: Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 -Arduino là nền tảng tạo mẫu điện tử mã nguồn mở, được sử dụng nhằmxây dựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau 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 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 -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 3.1.4 Ứng dụng arduino -Điều khiển các thiết bị cảm biến âm thanh, ánh sáng -Làm máy in 3D -Làm mã nguồn mở này được c dùng để làm bộ xử lý trung tâm của rất nhiều loại robot -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 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 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 tai nghe 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 Hình 3.3.2: Bluetooth phiên bản 4.0 3.2.2 Đặc điểm của công nghệ Bluetooth Hình 3.2.2.1 Ưu điểm -Tiêu thụ năng lượng thấp, cho phép ứng dụng được trong nhiều loại thiết bịkhác nhau bao gồm các thiết bị cầm tay và điện thoại di động -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 trực tiếp thấy nhau -Dễ dàng trong việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối một ứng dụng nàyvới một ứng dụng khác thông qua chuẩn Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 Bluetooth pro昀椀les, do đó có thể độc lập về phần cứng cũng như hệ điều hành sử dụng -Tính tương thích cao, được nhiều nhà sản xuất phần cứng cũng như phầnmềm hỗ trợ 3.2.2.2 Khuyết điểm -Khoảng cách kết nối còn ngắn so với công nghệ mạng không dây khác -Số thiết bị active, pack cùng lúc trong một piconet còn hạn chế -Tốc độ truyền không cao 3.3.3 Hoạt động Bluetooth là chuẩn kết nối không dây tầm ngắn, thiết kế cho các kết nối thiết bị cá nhân hay mạng cục bộ nhỏ trong phạm vi băng tần từ 2.4GHz đến 2.485GHz Bluetooth được thiết kế hoạt động trên 79 tần số đơn lẻ Khi kết nối , nó sẽ tự động tìm ra tần 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 3 class: 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 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 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 nguồn điện 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 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 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 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 Hình 4.1.3: Chế độ điều khiển 1 Hình 4.1.4: Chế độ điều khiển 2 4.1.2Phần mềm Arduino 4.1.2.1 Phần mềm viết chương trình Arduino Hình 4.1.5: Giao diện phần mềm Arduino Uno R3 sử dụng phần mềm Arduino IDE để lập chương trình, ngôn ngữ lập trình cho Arduino cũng có tên là Arduino (được xây dựng trên ngôn ngữ C) Ngoài viết chương trình phần mềm Arduino IDE còn biên dịch và tải chương trình lên board 4.1.2.2: Chương trình xe Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 // #include 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; int i = 0; int j = 0; int state_rec; int vSpeed = 200; char state; void setup() { pinMode(motorA1, OUTPUT); pinMode(motorA2, OUTPUT); pinMode(motorB1, OUTPUT); pinMode(motorB2, OUTPUT); // pinMode(buzzer, OUTPUT); pinMode(BTState, INPUT); pinMode(motorA1, OUTPUT); pinMode(relay, OUTPUT); Serial.begin(9600); mySerial.begin(9600); Serial.println("OK"); Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 } void loop() { if(mySerial.available()) { state = mySerial.read(); Serial.println(state); } //if (digitalRead(BTState) == LOW) { // state_rec = 'S'; //} if (state == '0') { vSpeed = 0; } else if (state == '4') { vSpeed = 100; } else if (state == '6') { vSpeed = 155; } else if (state == '7') { vSpeed = 180; } else if (state == '8') { vSpeed = 200; } else if (state == '9') { vSpeed = 230; Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 } else if (state == 'q') { vSpeed = 255; } if (state != 'S') { Serial.print(state); } if (state == 'F') { analogWrite(motorB1, vSpeed); analogWrite(motorA1, vSpeed); analogWrite(motorA2, 0); analogWrite(motorB2, 0); } else if (state == 'G') { analogWrite(motorA1, vSpeed); analogWrite(motorA2, 0); analogWrite(motorB1, 100); analogWrite(motorB2, 0); } else if (state == 'I') { analogWrite(motorA1, 100); analogWrite(motorA2, 0); analogWrite(motorB1, vSpeed); analogWrite(motorB2, 0); } else if (state == 'B') { Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 analogWrite(motorA1, 0); analogWrite(motorB1, 0); analogWrite(motorB2, vSpeed); analogWrite(motorA2, vSpeed); } else if (state == 'H') { analogWrite(motorA1, 0); analogWrite(motorA2, vSpeed); analogWrite(motorB1, 0); analogWrite(motorB2, 100); } else if (state == 'J') { analogWrite(motorA1, 0); analogWrite(motorA2, 100); analogWrite(motorB1, 0); analogWrite(motorB2, vSpeed); } else if (state == 'R') { analogWrite(motorA1, 0); analogWrite(motorA2, vSpeed); analogWrite(motorB1, vSpeed); analogWrite(motorB2, 0); } else if (state == 'L') { analogWrite(motorA1, vSpeed); analogWrite(motorA2, 0); analogWrite(motorB1, 0); analogWrite(motorB2, vSpeed); } Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com) lOMoARcPSD|39270902 else if (state == 'S') { analogWrite(motorA1, 0); analogWrite(motorA2, 0); analogWrite(motorB1, 0); analogWrite(motorB2, 0); } // else if (state == 'V') { // if (j == 0) { // digitalWrite(relay, HIGH); // Serial.println("b"); // j = 1; // } // else if (j == 1) { // digitalWrite(relay, LOW); // Serial.println("t"); // j = 0; // } //// state = 'n'; // } if (state == 'X') { digitalWrite(relay, HIGH); } else if (state == 'x') { digitalWrite(relay, LOW); } } 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 Downloaded by SAU DO (saudinh3@gmail.com)