đồ án vi điều khiển thiết kế và xây dựng xe dò line và xe điều khiển bằng tay

Đề góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế của môn vi điều khiên, sau một thời gian học tập được các thầy cô trong khoa giảng đạy về các kiến thức chuyên ngành, đồ

TRUYEN THONG VIET HAN

Khoa Khoa Hoc May Tinh

VU

DO AN VI DIEU KHIEN

Thiết kế và xây dựng xe dò line và xe điều khiến bằng tay

Sinh viên thực hiện

Tên nhóm

: 1, Hoàng Lâm Phúc - 22TT224

2 Nguyễn Quang Anh -22IT.B005

3 Đào Văn Đức - 22IT.B053

4, Nguyén Thanh Hai - 22IT.B064

5 Nguyễn Đình Quan -22IT.BI164

6 Lê Văn Xuân Hoàn -22IT093

7 Phạm Hoàng Thắng - 20IT124 8.Ngô Thái Lai - 221T.B114

9 Nguyễn Nhất Bảo - 22IT.B014

10.Nguyễn Quốc Hưng - 22IT.B099

: KHAT VONG

Giảng viên hướng dẫn : TS PHAN THỊ LAN ANH

Đà Nẵng, tháng 5 năm 2024

TRUYEN THONG VIET HAN

Khoa Khoa Hoc May Tinh

VI

DO AN VI DIEU KHIEN

Thiết kế và xây dựng xe dò line và xe điều khiến bằng tay

Sinh viên thực hiện

1 Hoàng Lâm Phúc - 22TT224 2.Nguyễn Quang Anh - 22IT.B005

3 Đào Văn Đức - 221T.B053

4, Nguyén Thanh Hai —- 221T.B064

5 Nguyễn Đình Quan -22IT.BI164

6 Lê Văn Xuân Hoàn -22IT093

7 Phạm Hoàng Thắng - 20IT124

8 Ngô Thái Lai - 221T.B114

9 Nguyễn Nhất Bảo - 22IT.B014

10.Nguyễn Quốc Hưng -22IT.B099

Giảng viên hướng dẫn : TS PHAN THỊ LAN ANH

Đà Nẵng, tháng 5 năm 2024

LOI CAM ON

Trước tiên nhóm chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn vô cùng chân thành tới những thầy giáo trong Đại học công nghệ thông tin và truyền thông Việt Hàn đã nhiệt

tình giúp đỡ, chia sẻ với em nhiều tri thức, kinh nghiệm bồ ích xuyên suốt trong quá

trinh vừa qua

Đặc biệt nhóm em xin bày tỏ lời biết ơn đối với cô Phan Thị Lan Anh đã nhiệt

tình giảng dạy, tận tâm chỉ bảo và hỗ trợ sinh viên xuyên suốt thời gian triển khai

BAO CAO DO AN VI DIEU KHIEN Trong khi làm việc, nhóm em không ngừng tiếp nhận được nhiều thông tin hữu ích mà còn học tập cả phong cách làm việc, phương

pháp nghiên cứu khoa học tích cực, nghiêm túc, đây là các hành trang vô cùng quý báu đối với nhóm em cho quá trình giảng dạy và công tác sau này

Sau củng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy cô, bè bạn đã quan tâm, đóng góp ý kiến và hỗ trợ trong suốt thời gian học hành, rèn luyện và hoàn thiện bản

luận văn nảy

Tuy đã cố găng hết mình mới có thế hoàn thiện bài báo cáo lần này Tuy nhiên

chúng em chắc chắn cũng không thê nảo thoát ra khỏi khiếm khuyết Kính mong tiếp

tục có những hướng dẫn và hỗ trợ của quý thầy cô củng các bạn dé sản phâm của tụi

em ngày càng phát triển hoàn thiện hơn nữa

Một lần nữa, em xin trân trọng cảm ơn!

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MUC LUC LOI CAM GN

NHAN XET GIAO VIEN HUGNG DAN

DANH MUC CAC TU VIET TAT

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

2 Mục tiêu của đề tài

3 Phương pháp nghiên cứu

4 Cấu trúc đỗ án:

CHUONG 1 TONG QUAN

1.1 Giới thiệu về Arduino

1.2 Giới thiệu về phần mềm xây dựng code

1.3 Giới thiệu và thông số kĩ thuật của các linh kiện:

CHƯƠNG 2 Phân tích thiết kế

2.2.3 Lưu đồ thuật toán

CHƯƠNG 3.Thi công và sản phẩm

3.1 Các bước thi công:

DANH MUC HINH ANH

Hinh 1 1: Bo Arduino Nano

Hinh 1 2: Canh tay robot

Hinh 1 3:Bluetooth JDY-33-SPP

Hình 1 4: Động cơ DC

Hình 1 5: Mạch điều khiên động cơ L298N

Hình 1.6: Module én 4p MP1584

Hinh 1.7; Module cam bién héng ngoai TCRT5000L

Hinh 1.8: Khung xe bang mica

Hinh 1.9: Hép pin

Hinh 1.10: Banh xich

Hinh 1.11: Banh xe do line

Hinh 1.12: Pin 3.7V

Hinh 1.13: Céng tac

Hình 2 1: So đồ khối

Hình 2 2: Sơ đồ kết nói

Hình 2 3: Lưu đồ thuật toán của xe điều khiển

Hình 2 4: Lưu đỗ thuật toán của cánh tay Robot

Hình 2 5: Sơ đồ khối của xe dò line

Hình 2 6 : Sơ đỗ kết nối xe do line

Hình 2 7 : Lưu đồ thuật toán xe dò line

Hình 3.1 : Xe tank điều khiên từ xa

MO DAU

1 Ly do chon dé tai

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học đời sống, cuộc sống con người đã thay đổi ngày một lớn, với những trang thiết bị hiện đại phục vụ trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa Đặc biệt góp phần không nhỏ là ngành kĩ thuật điện - điện tử trong sự nghiệp xây dựng đất nước Những thiết bị điện, điện tử phát triển và ứng dụng rộng rãi trong đời sống hằng ngày Từ những thời gian đầu phát triển vi điều khiến đã cho thấy sự ưu việt của nó và cho tới ngày nay tính ưu việt đó ngày càng được khắng định thêm Những thành tựu của nó đã có thê biến được những cái tưởng chừng chừng như không thê thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người

Đề góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế của môn vi điều khiên, sau một thời gian học tập được các thầy cô trong khoa giảng đạy về các kiến thức chuyên ngành, đồng thời được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô, cùng với sự nỗ lực của các thành viên trong nhóm, nhóm chúng em đã thiết kế “Xe điều khiến và xe tự hành” nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của nhóm em còn

có hạn nên sẽ không tránh khỏi những sai sót Nhóm chúng em rất mong được sự giúp

đỡ và tham khảo ý kiến thầy cô và các bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài

2 Mục tiêu của đề tài

® Phương pháp thu nhập dữ liệu Robbocar được điều khiến bằng tay, thông qua sóng vô tuyến (Wifi, RF, ); các kỹ thuật chính được áp dụng: điều khiến tốc độ, gia tốc, hướng di chuyền, cánh tay robot đề thực hiện các nhiệm vụ trên đường đua

® Robocar tự hành, các kỹ thuật chính được áp dụng: nhận dạng biến báo, đò đường thông qua sóng siêu âm đề hoàn thành nhiệm vụ trên đường đua

3 Phương pháp nghiên cứu

@ Phương pháp thu nhập dữ liệu

@ Phương pháp phân tích dữ liệu

CHUONG 1 TONG QUAN 1.1 Giới thigu vé Arduino

Arduino là một nền tảng mã nguồn được mở sử dụng nhằm xây dựng ứng dụng điện tử tương tác với nhau hoặc với một môi trường thuận lợi hơn Arduino giống như một máy tính nhỏ đề người dùng có thé lập trình và thực hiện các đự án điện tử mà không cần phải có các công cụ chuyên biệt đề phục vụ việc nạp code

Điểm hấp dẫn ở Arduino với những người làm lập trình là ngôn ngữ cực kì dễ học (giỗng C/C++), các ngoại vi trên bo mạch đều đã được chuân hóa, nên không cần biết nhiều về điện tử, chúng ta cũng có thê lập trình được những ứng dụng thú vị Thêm nữa, vì Ardurno là một platform đã được chuẩn hóa, nên đã có rất nhiều bo mạch mở rộng (gọi là shield) để cắm chồng lên bo mạch Arduino, có thể hình dùng nom na la “library” cua các ngôn ngữ lập trình

Arduino gôm:

Phần cứng: Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiến AVR với nhiều linh kiện bổ sung đễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác Một khía cạnh quan trọng của Arduino là các kết nỗi tiêu chuân của nó, cho phép người dùng kết nỗi với CPU của board với các module thêm vào có thế đễ dàng chuyền đổi, được gọi là shield

Vài shield truyền thông với board Arđuino trực tiếp thông qua các chân khác nhau, nhưng nhiều shield được định địa chi thong qua serial bus I2C-nhiều shield có thé được xếp chồng và sử dụng đưới dạng song song

1.2 Giới thiệu về phần mềm xây dựng code

Môi trường phát triển tích hợp (IDE) của Adruino là một ứng dụng cross- platform (đa nền tảng) được viết băng Java, và từ IDE này sẽ được sử đụng cho Ngôn ngũ lập trình xử lý (Processing progamming language) và proJect Writing

Nó được thiết kế dé dành cho những người mới tập làm quen với lĩnh vực phát triển phần mền Nó bao gồm một chương trình code editor với các chức năng như đánh dấu cs pháp, tự động brace matching, và tự động canh lề, cũng như compile( biên dịch ) và upload chương trình lên board với chỉ l cú nhấp chuột Một chương trình hoặc code viết cho Addruino được gọi là một sketch{5]

Cac chuong trinh Arduino duoc viét bang C hoadc C++ Adruino IDE đi kèm

vo mot thu vién phan mém duoc goi la “Writing” Tir project Writing géc, c6 thé giup cac thao tac input/output duoc dé dang hon

Adruino được dùng đề làm bộ xử lý trung tâm của rất nhiều loại robot Đó là nhờ vào khả năng đọc các thiết bị cảm biến, điều khiển động cơ, của Addruino Một hệ thống Arduino có thế cung cấp cho bạn rất nhiều sự tương tác với môi trường xung quanh với:

@ Hệ thống cảm biến đa dạng về chủng loại (đo đạc nhiệt độ, độ âm, gia tốc, vận tốc, cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát hiện chuyên động, phát hiện kim loại, khí độc,, )

® Các thiết bị hiến thị (màn hình LCD, đèn LED)

® Các module chức năng (shield) hỗ trợ kết nỗi có dây với các thiết bị khác hoặc các kết nối không dây thông đụng (3G, RPRS, Wiñ, Bluetooth, 315/433MHz )

@ Dinh vi GPS, nhan tin SMS

1.3 Giới thiệu và thông số kĩ thuật của các linh kiện:

1.3.1: Bo arduino nano:

Arduino Nano là một trong những board phố biến nhất trong hệ sinh thái Arduino Được thiết kế nho gon, dé dang sir dung va linh hoạt, Arduino Nano thích hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau từ nhúng đến các dự án loT và điều khiến robot

` `,

Hinh 1 1: Bo Arduino Nano

Dưới đây là một số thông số kỹ thuật của Arduino Nano:

Dòng ra trên mỗi chân I/O (DC Current per I/O Pin): 40 mA Dòng ra trên chân 3.3V (DC Current for 3.3V Pin): 50 mA Dòng ra trên chân 5V (DC Current for 5V Pin): 200 mA

> Chan sé I/O (Digital I/O Pins): 14 (trong d6, 6 chân có thê được sử đụng làm

dau ra PWM)

> Chan dau vao analog (Analog Input Pins): 8

> Dong tiéu thu khi hoat déng (Operating Current): Khoang 19 mA

> Kích thước: 18 x 45 mm

> Trong luong: Khoảng 7 g

1.3.2: Canh tay robot :

Cánh tay robot ( bằng mica : Khung cánh tay, ốc + vít, 3 động cơ servo SG90) Cánh tay robot là một loại cánh tay cơ khí, với các chức năng tương tự như một cảnh tay của con người Các khớp của cánh tay được liên kết bởi các Ốc vít với các động cơ servo cho phép tạo ra các chuyên động linh hoạt như gập, gắp vật

Hinh 1 2: Cánh tay robot

1.3.3: Bluetooth JDY-33-SPP:

Bluetooth JDY-33-SPP la m6t module Bluetooth da nang duoc sản xuất bởi JDY (J- Deal) Technology Day la m6t module Bluetooth co kha nang két nối với các thiết bị khác thông qua giao thức SPP (Serial Port Proñle), giúp thiết lập một kết nối truyền thông nối tiếp giữa các thiết bị không dây.Dưới đây là một số thông số kỹ thuật chính cua Bluetooth JDY-33-SPP:

Hinh 1 3:Bluetooth JD Y-33-SPP

> Giao thire Bluetooth: Bluetooth 4.2

> H6 tro giao thitc: SPP (Serial Port Profile)

> Tần số hoạt động: 2.4 GHz

Điện áp hoạt động: L.9V - 3.6V

Dòng hoạt động: < 10mA

Dai truyén thong: Khoang 10m

Hỗ trợ các chế độ ngủ tiết kiệm năng lượng đề tiết kiệm pin

1.3.4: Servo SG90:

Servo SG90 1a Servo phé biến dùng trông các mô hình điều khiển nhỏ và đơn giản như cánh tay robot Động cơ có tốc độ phản ứng nhanh, được tích hợp saenx driver điều khiển động cơ, đễ dàng điều khiến góc quay bằng phương pháp điều độ rộng xung PWM

Hinh 1 4: Dong co DC

> Tốc độ hoạt động (Operatine Speed): Khoảng 0.L s⁄60 độ (ở điện áp 4.8V)

> Moment xoăn cực đại (Stall Torque): Khoảng I.8 kg/em (ở điện áp 4.8V)

> Dién ap hoat dong (Operating Voltage): Tir 4.8V dén 6V

> Dong tiéu thy (Operating Current): Khoang 100 mA (không tải) và tối đa 700

>_ Giao diện điều khiến: Thường sử đụng giao tiếp PWM (Pulse Width

Modulation) đề điều khiến vị trí quay của servo

1.3.5: Mạch điều khiển động cơ L298N:

Mạch điều khiển động cơ L298N là một mạch tích hợp chức năng điều khiển động cơ DC hoặc động cơ bước (stepper motor) Nó được sử dụng rộng rãi trong các ứng đụng robot, máy in 3D, các hệ thống tự động hóa và các dự án điện tử khác Dưới đây là một số thông tin và tính năng cơ bản của mạch điều khiển động cơ L298N:

Hình 1.5: Mach điều khiến động cơ L298N

> Tính năng chính: Mạch L298N là một driver cau H (H-bridge), cho phép điều khiển hướng và tốc độ của động cơ DC hoặc stepper motor

> Điện áp hoạt động: Thường là từ 5V đến 35V Điện áp này phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của động cơ bạn đang sử dụng

> Dòng tải tối đa: Mạch này có khả năng chịu đòng lên đến 2A cho mỗi kênh (tức là mỗi động cơ)

> Số lượng kênh điều khiến: Mạch L298N có hai kênh điều khiển động cơ, cho phép bạn điều khiên động cơ hoặc hai động cơ đồng thời

> Bảo vệ quá nhiệt và quá dòng: Mạch điều khiến động cơ L298N thường có các tính năng bảo vệ quá nhiệt và quá dòng đề bảo vệ mạch và động cơ khỏi tổn thương khi hoạt động ở điều kiện cực đoan

> Didu khién don gian: No co thé duoc diéu khién théng qua tín hiệu điện TTL

hoặc logic Bạn có thê sử dụng một MCU (vi điều khiến) như Arduino đề điều khiển mạch này

> Ứng dụng phố biến: Mạch L298N được sử dụng rộng rãi trong các dự án robot, dự án ô tô tự lái, hệ thống điều khiến động cơ, vả nhiều ứng dụng khác đòi hỏi điêu khiên động cơ

1.3.6: Module 6n 4p MP1584:

Module ôn áp MP1584 là một mạch diéu khién dau ra dién ap dong chuyén déi (DC-DC) rat phổ biến trong các ứng dụng điện tử DIY và dự án maker.MP15§4 là một module dựa trên vi mạch điều khiển dòng điện đầu ra, được thiết kế đề chuyền đổi một điện áp đầu vào không én định thành một điện áp đầu ra ôn định với dòng điện và dòng điều chỉnh được.Điện áp đầu ra có thể được điều chỉnh thông qua một trimmer hoặc một dãy tiếp điểm Điện áp đầu ra có thể là bất kỳ giá trị nào trong khoảng từ

khoảng 0.8V đến điện áp đầu vào

Hinh 1.6: Module 6n ap MP1584

> Dién ap dau vao (Input Voltage): 4.5V đến 28V (được khuyến nghị điện áp đầu vào không quá 28V)

> Điện áp đầu ra (Output Voltage): Điều chỉnh từ 0.8V đến 20V (tùy thuộc vào việc

điều chỉnh thông qua bộ điều chỉnh)

> Dong dau ra toi da (Output Current): Khoang 3A (có thế có sự biến động tùy theo điều kiện hoạt động và làm mát)

> Hiệu suất chuyên đổi (Efficiency): Khoảng 80% đến 92% (tùy thuộc vào điện áp

dau vao va dau ra)

> Tan s6 chuyén déi (Switching Frequency): Khoang 150 kHz (có thê có sự biến đôi tủy thuộc vảo điều kiện hoạt động)

> Kích thước: Thường có kích thước nhỏ gọn, khoảng 22mm x 17mm

> Nhiét dé lam viéc (Operating Temperature): -40°C đến +85°C

> Bảo vệ: Bảo vệ ngược cực và ngắn mạch đầu ra

1.3.7: Module cảm biến hồng ngoại TCRT5000L;

Module cảm biến hồng ngoại TCRT5000L là một cảm biến phô biến được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ robotica đến tự động hóa và các dự án DIY Đặc điểm chính của nó là khả năng phát hiện các vật thể hoặc vật cản bằng cách sử

dụng ánh sáng hồng ngoại

Hình 1.7: Module cảm biến hồng ngoại TCRT5000L

10

> Nguyên lý hoạt động: Cảm biến hồng ngoại TCRT5000L sử dụng nguyên tắc hoạt động của cặp đôi đò phản xạ hồng ngoại

> Khoảng cách hoạt động (Sensing Distance): Khoảng cách từ mặt dò đến đối tượng phản xạ chủ yếu khoảng 2mm đến 15mm

> Điện áp hoạt déng (Operating Voltage): Thuong là 5V

> Dong tiéu thy (Operating Current): Thuong rat nho, trong khoang tir vai mA

> Dién tro dau ra khi phát hiện (Output Resistance when detecting): Giảm đáng

kế so với trạng thái không phát hiện

> Kích thước: Thường có kích thước nhỏ gọn, có thê tích hợp trên mạch in hoặc

sử dụng dây dài đề kết nối với mạch điều khiến

> Ứng dụng: Thường được sử dụng trong các ứng dụng cảm biến đối tượng, đếm vật thê, đo khoảng cách, và các ứng dụng tránh vật cản

1.3.8: Một số linh kiện khác:

- Khung xe bằng mica

11

sf ay ad td ed ed a se es en es ee ee

Hinh 1.10: Banh xich

- Banh xe cho xe do line

Hinh 1.11: Banh xe do line

- Pin 3.7V

13

CHUONG 2 Phan tich thiét ké 2.1 Xe diéu khién

2.1.1 Sơ đồ khối và chức năng các khối

® Chức năng của các khôi:

- Khối thiết bị điều khiễn: Ứng dụng điều khiến từ xa trên điện thoại được sử dụng dé diéu khién xe Ung dung diéu khién từ xa có các nút bấm được sử dụng đề điều khiển tốc độ, hướng và các chức năng khác của xe

- Khối module Bluetooth: Bộ thu tín hiệu được sử dụng để nhận tín hiệu từ bộ điều khiên từ xa Bộ thu tín hiệu sau đó sẽ gửi tín hiệu đến vi điều khiển

- Khối vi điều khiển: Là "bộ não" của xe điều khiển, điều khiển hoạt động của tất cả các bộ phận khác.Nhận tín hiệu từ bộ thu tín hiệu.Xử lý tín hiệu và đưa ra các lệnh điều khiển phù

hợp Gửi lệnh điều khiển đến module điều khiển động cơ

- Khối module điều khiển động cơ: Nhận tín hiệu điều khiên từ vi điều khiên.Khuếch

đại tín hiệu điều khiển và điều khiến động cơ quay theo tốc độ mong muốn

- Khối Servo: Điều khiến góc quay giúp cánh tay có thê chuyên động

- Khôi động cơ: Giúp xe di chuyên tiên, lùi, rẽ trái, rễ phải

15

16