Điều khiển ô tô bằng điện thoại di động thông qua kết nối Bluetooth sử dụng chip MSP430G2553

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ====o0o==== BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ I ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN Ô TÔ BẰNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG THÔNG QUA KẾT NỐI BLUETOOTH GVHD : TRẦN HẢI NAM Danh sách sinh viên 2013.4348 2013.4328 2013.4349 Vũ Đăng Tuấn Phạm Mạnh Tuấn Vũ Đức Tuấn Hà Nội, 01/2017 KT ĐT-TT 07 K58 KT ĐT-TT 06 K58 KT ĐT-TT 06 K58 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ====o0o==== BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ I ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN Ô TÔ BẰNG ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG THÔNG QUA KẾT NỐI BLUETOOTH GVHD: THẦY TRẦN HẢI NAM Hà Nội, 01/2017 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: MÔ TẢ ĐỀ TÀI 1.1 Vài nét đề tài 1.2 Yêu cầu phi chức 1.3 Kế hoạch thực CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN MSP430 10 2.1 Cấu trúc 10 2.2 Hệ thống định thời (clock) linh hoạt 12 2.3 Không gian địa 12 2.3.4.Những ghi chức đặc biệt (SFRs) 14 2.3.5.Truy cập nhớ .14 2.4 MSP430 LaunchPad Value Line Development Kit chip MSP430G2553 15 2.5 Công cụ lập trình 17 CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH, GIAO TIẾP NGOẠI VI VÀ IC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ L293D 19 3.1 Công nghệ không dây Bluetooth 19 3.1.2.1 Ưu điểm 20 3.1.2.2 Khuyết điểm 20 3.2 Tổng quan hệ điều hành Android 23 Lịch sử hình thành .24 Tính Android 26 3.3 IC điều khiển động L293D 27 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE ĐIỀU KHIỂN 29 4.1 Phân tích xác định yêu cầu 29 4.2 Xây dựng hệ thống 29 4.2.1 Ứng dụng Android 29 4.2.2 Thiết kế phần cứng 31 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ & HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 33 5.1 5.2 Đánh giá kết thực đề tài 33 Hướng phát triển 33 KẾT LUẬN 34 PHỤ LỤC: CODE ĐIỀU KHIỂN 35 Tài liệu tham khảo 39 Thành viên Nhóm: STT Họ Tên MSSV Vũ Đăng Tuấn 2013.4348 Phạm Mạnh Tuấn 2013.4328 Vũ Đức Tuấn 2013.4349 Điểm Nhận xét (phần GVHD ghi): Đồ án thiết kế I Trang DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Cấu trúc MSP430 Hình 2: Sơ đồ nhớ Hình 3: Những bit, byte từ nhớ có trật tự Hình 4: Hình ảnh thực tế MSP-EXP430G2 LaunchPad Hình 5: Sơ đồ cấu trúc vi điều khiển MSP430G2553 Hình 6: Module Bluetooth HC-05 Hình 7: Logo Android Hình 8: Android Timeline Hình 9: Sơ đồ chân L293D Hình 10: Sơ đồ kết nối L293D Hình 11: Lưu đồ thuật toán ứng dụng điều khiển Hình 12: Giao diện kết nối Bluetooth Hình 13: Giao diện điều khiển Hình 14: Sơ đồ khối tổng quát Bảng 1: Kế hoạch thực Bảng 2: Thông số chip MSP430G2553 Đồ án thiết kế I Trang LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, xã hội phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật ngày đại nên nhu cầu trao đổi thông tin giải trí, nhu cầu điều khiển thiết bị từ xa, ngày cao Và hệ thống dây cáp phức tạp lại đáp ứng nhu cầu này, khu vực chật hẹp, nơi xa xôi, phương tiện vận chuyển, Vì công nghệ không dây đời phát triển mạnh mẽ, tạo nhiều thuận lợi cho người đời sống ngày Trong năm gần công nghệ truyền nhận liệu không dây có bước phát triển mạnh mẽ, góp công lớn việc phát triển hệ thống điều khiển, giám sát từ xa, đặc biệt hệ thống thông minh Hiện nay, có nhiều công nghệ không truyền nhận liệu không dây RF, Wifi, Bluetooth, NFC, Trong đó, Bluetooth công nghệ phát triển từ lâu cải tiến để nâng cao tốc độ khả bảo mật Trên thị trường Việt Nam chưa có nhiều sản phẩm điều khiển thiết bị không dây, đa số sản phẩm có nhập từ nước với giá thành cao Việc nghiên cứu thiết kế sản phẩm điều khiển thiết bị không dây có ý nghĩa lớn, giúp tăng thêm lựa chọn cho ngừời sử dụng, sản phẩm sản xuất nước nên giá thành rẻ góp phần phát triển hệ thống điều khiển thông minh Do đó, nhóm định thực đề tài: “Điều khiển ô tô điện thoại di động thông qua Bluetooth ” Đề tài ứng dụng công nghệ Bluetooth phổ biến nhiều thiết bị, đặc biệt điểm đề tài so với sản phẩm có điều khiển thông qua hệ điều hành Android giúp tận dụng thiết bị sử dụng hệ điều hành Android có sẵn người dùng giúp giảm giá thành sản phẩm, với hình hiển thị lớn điện thoại cho phép hiển thị nhiều thông tin Để đề tài hoàn thành theo thời gian quy định đạt kết đề không nỗ lực nhóm thực đề tài mà có giúp dỡ, bảo thầy giáo chia sẻ kinh nghiệm từ bạn/nhóm khác Nhóm thực đề tài xin chân thành cảm ơn: Đồ án thiết kế I Trang  Sự dẫn góp ý chân thành thầy Trần Hải Nam Cảm ơn thầy nhiệt tình cung cấp thông tin hỗ trợ kiểm tra, khắc phục thông tin chưa xác  Các bạn/nhóm giúp đỡ nhiều mặt phương tiện, tài liệu, ý kiến, Trong trình thực đề tài này, nhóm thực cố gắng song không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận góp ý, phê bình dẫn quý thầy cô ban Đồ án thiết kế I Trang CHƯƠNG 1: MÔ TẢ ĐỀ TÀI 1.1 Vài nét đề tài Mô hình gồm ba phần chính: Smartphone Android, Module Bluetooth HC05, MSP430G2553 IC L293D Module Bluetoth HC 05 giao tiếp thông qua Serial Khi nút nhấn ứng dụng (giao diện App Android) liệu gửi đến Module bluetooth Module bluetooth nhận liệu gửi đến MSP MSP kiểm tra liệu nhận so sánh Nếu nhận liệu MSP thông qua IC L293D điều khiển ô tô Có thể mở hình Serial xem liệu nhận trình kết nối 1.2 Yêu cầu phi chức  Sử dụng MSP430G2553  Lập trình Energia  Xe di chuyển theo hướng điều khiển 1.3 Kế hoạch thực Thời gian Tên công việc 24/09/2016 Lên kế hoạch thực 28/09/2016 09/10/2016 10/10/2016 – Đồ án thiết kế I Mua linh kiện tìm hiểu kết cấu lắp ráp ô tô Thử kết nối giao tiếp Bluetooth, hoàn thành lắp ráp ô tô Trang 06/11/2016 07/11/201613/11/2016 Viết code hoàn thiện sản phẩm 04/12/2016 – 10/12/2016 26/12/2016 – 01/01/2017 Khắc phục lỗi thẩm mỹ cho ô tô Hoàn thành báo cáo in cứng Bảng 1: Kế hoạch thực Đồ án thiết kế I Trang Khi Android phát hành số mục tiêu kiến trúc cho phép ứng dụng tương tác với sử dụng lại thành phần từ ứng dụng khác Việc tái sử dụng không áp dụng cho dịch vụ mà áp dụng cho thành phần liệu giao diện ngườidùng Vào cuối năm 2008, Google cho phát hành thiết bị cầm tay gọi Android Dev Phone chạy ứng dụng Android mà không bị ràng buộc vào nhà cung cấp mạng điện thoại di động Mục tiêu thiết bị cho phép nhà phát triển thực thí nghiệm thiết bị thực chạy hệ điều hành Android mà ký hợp đồng Vàokhoảng thời gian Google cho phát hành phiên vản vá lỗi 1.1 hệ điều hành Ở hai phiên 1.0 1.1 Android chưa hỗ trợ soft-keyboard mà đòi hỏi thiết bị phải sử dụng bàn phím vật lý Android cố định vấn đề cách phát hành SDK 1.5 vào tháng Tư năm 2009, với số tính khác Chẳng hạn nâng cao khả ghi âm truyền thông, vật dụng, livefolder Các phiên cảu android - Android 1.0 :23/11/2008 - Android 1.1 :9/2/2009 - Android 1.5 Cupcake :30/4/2009 - Android 1.6 Donut :30/9/2009 - Adroid 2.0/2.1 Eclair :11/2009 - Android 2.2 Froyo :20/05/2010 - Android 2.3 Gingerbread :06/12/2010 - Android 3.0/3.1 Honeycomb :22/2/2011 Đồ án thiết kế I Trang 25 - Android 4.0 Ice Cream Sandwich :19/10/2011 - Android 4.1 Jelly Bean :9/7/2012 - Android 4.2 Jelly Bean :11/2012 - Android 4.3 Jelly Bean :24/7/2013 - Android 4.4 KitKat: 01/11/2013 - Android 5.0 Lollipop: 03/11/2014 - Android 6.0 Marshmallow: 05/10/2015 - Android 7.0 Nougat: 23/08/2016 Tính Android - Lưu trữ: sử dụng SQLite, sở liệu quan hệ, trọng lượng nhẹ cho liệu lưu trữ - Kết nối: Hỗ trợ GSM/EDGE, IDEN, CDMA, EV-DO, UTMS, Bluetooth ( A2DP AVRCP ), Wifi, LTE vàWimax - Tin nhắn: hỗ trợ SMS vàMMS - Trình duyệt web: dựa WebKit mã nguồn mở, với V8 JavaScript Chrome - Truyền thông hỗ trợ : Bao gồm hỗ trợ cho phương tiện truyền thông: H.263, H.264 ( 3GP MP4 container ), MPEG-4 SP, AMR, AMR-WB, AAC, HEAAC, MP3, MIDI, OggVorbis, WAV, JPEG, PNG,GIF vàBMP - Hỗ trợ phần cứng: Accelerometer cảm biến, máy ảnh, kỹ thuật số Compass, cảm biến tiệm cận vàGPS - Multi-touch : hỗ trợ hình cảm ứng đađiểm Đồ án thiết kế I Trang 26 - Đa chức năng: Hỗ trợ ứng dụng đa tácvụ - Hỗ trợ Flash: Android 2.3 hỗ trợ Flash10.1 - Tethring: Hỗ trợ chia sẻ kết nối Internet điểm phát sóng không dây/có dây 3.3 IC điều khiển động L293D L239D chip tích hợp mạch cầu H gói 16 chân Tất mạch kích, mạch cầu tích hợp sẵn L239D có điện áp danh nghĩa cao (lớn 36V) dòng điện danh nghĩa lớn 1.2A nên thích hợp cho các ứng dụng công suất nhỏ động DC loại nhỏ vừa Vì loại “all in one” nên lựa chọn hoàn hảo cho người chưa có nhiều kinh nghiệm làm mạch điện tử Hình 9: Sơ đồ chân L239D Có mạch cầu H chip L298D nên điều khiển đối tượng với chip Mỗi mạch cầu bao gồm đường nguồn Vs (thật đường chung cho mạch cầu), đường current sensing (cảm biến dòng), phần cuối mạch cầu H không nối với GND mà bỏ trống cho người dùng nối điện trở nhỏ gọi sensing resistor Đồ án thiết kế I Trang 27 Hình 10: Sơ đồ kết nối L239D Động nối với đường OUT1, OUT2 (hoặc OUT3, OUT4 dùng mạch cầu bên phải) Một chân En (EnA EnB cho mạch cầu) cho phép mạch cầu hoạt động, chân En kéo lên mức cao, mạch cầu sẵn sang hoạt động Đồ án thiết kế I Trang 28 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE ĐIỀU KHIỂN 4.1 Phân tích xác định yêu cầu Mục đích đề tài thực hiển kết nối trao đổi liệu ứng dụng hệ điều hành Android vi điều khiển xử lý xe Hệ thống cho phép người dùng điều khiển thiết bị Mobile android qua Bluetooth Yêu cầu đặt ra: - Ứng dụng Mobile Android: + Thực gửi liệu thông qua sóng Bluetooth + Ứng dụng có giao diện thân thiện, dễ sử dụng + Ứng dụng hoạt động ổn định - Thiết bị phần cứng : + Nhận giá trị từ module Bluetooth, xử lý xuất driver động để điều khiển xe + Driver có nhiệm vụ điều khiện động DC thực thao tác di chuyển + Xe hoạt động ổn định 4.2 Xây dựng hệ thống 4.2.1 Ứng dụng Android Lưu đồ thuật toán Đồ án thiết kế I Trang 29 Hình 11: Lưu đồ thuật toán ứng dụng điều khiển Đồ án thiết kế I Trang 30 Hình 12: Giao diện kết nối Bluetooth Hình 13: Giao diện điều khiển 4.2.2 Thiết kế phần cứng Sơ đồ khối tổng quát Đồ án thiết kế I Trang 31 Hình 14: Sơ đồ khối tổng quát Đồ án thiết kế I Trang 32 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ & HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5.1 Đánh giá kết thực đề tài Đề tài “ ĐIỀU KHIỂN Ô TÔ BẰNG ĐIỆN THOẠI DI DỘNG THÔNG QUA KẾT NỐI BLUETOOTH”, đề tài có tính dụng cao, sử dụng cho nhiều toán thực tế điều khiển thiết bị nhà, giám sát điều khiển thiết bị báo cháy, báo ga, ổn định nhiệt độ,… Việc xây dựng thiết bị liên quan đến nhiều mảng kiến thức Kết đạt được: - Nắm rõ giao tiếp Bluetooth - Tìm hiểu hệ điều hành Android - Thực tạo ứng dụng Android - Thực kết nối trao đổi liệu Smartphone Module Bluetooth Nhược điểm: - Chưa nhớ địa module Bluetooth vào điện thoại nên lần kết nối phải tiến hành dò tìm tốn thời gian - Xe thiết kế đơn giản, chưa nhiều tính 5.2 Hướng phát triển - Đề tài đạt số kết định, song để đáp ứng cho toán thực tế chưa thật tối ưu - Nghiên cứu hệ điều hành thời gian thực để tăng khả xử lý, tính linh hoạt - Tích hợp thêm nhiều chức cho xe như: truyền hình ảnh, đo nhiệt độ, độ ẩm, khoảng cách vật cản, đo độnghiêng - Phản hồi cố ứng dụng Android Đồ án thiết kế I Trang 33 KẾT LUẬN Đồ án thiết kế I giúp chúng em hoàn thiện thêm kĩ làm việc nhóm Giúp chúng em vận dụng hết kĩ học giảng đường để áp dụng vào thực tế Đồ án thiết kế I giúp chúng em hoàn thiện nhiều kĩ để chuẩn bị tốt cho công việc sau Nhờ giúp đỡ thầy Trần Hải Nam, chúng em hoàn thành tốt môn Đồ án thiết kế I chương trình học Chúng em xin chân thành cảm ơn! Đồ án thiết kế I Trang 34 PHỤ LỤC: CODE ĐIỀU KHIỂN int enablePinR = 8; // Noi chan tren L293D int motorPinR1 = 9; // Noi chan tren L293D Am int motorPinR2 = 10; // Noi chan tren L293D Duong int enablePinL= 19; // Noi chan tren L293D int motorPinL1 =11 ; // Noi chan 10 tren L293D Am int motorPinL2 =12; // Noi chan 15 tren L293D Duong int state = 0; void setup() { // Cai dat cac chan dau ra: pinMode(motorPinR1, OUTPUT); pinMode(motorPinR2, OUTPUT); pinMode(enablePinR, OUTPUT); pinMode(motorPinL1, OUTPUT); pinMode(motorPinL2, OUTPUT); pinMode(enablePinL, OUTPUT); // Cai dat chan enable muc HIGH de Motor chay mo: digitalWrite(enablePinR, HIGH); digitalWrite(enablePinL, HIGH); //Khoi tao giao tiep ngoai vi o 9600 bits moi giay: Serial.begin(9600); } Đồ án thiết kế I Trang 35 void loop() { //Neu co tin hieu vao, doc va xuat trang thai if(Serial.available() > 0){ state = Serial.read(); } // Neu state = s DC Motor se DUNG if (state == 's') { digitalWrite(motorPinR1, LOW); // Chan tren L293D muc LOW digitalWrite(motorPinR2, LOW); // Chan tren L293D muc LOW digitalWrite(motorPinL1, LOW); // Chan 10 tren L293D muc LOW digitalWrite(motorPinL2, LOW); // Chan 15 tren L293D muc LOW Serial.println("Motor: TAT"); state = 0; // De state ve khong anh huong gia tri nhap tiep theo } // Neu state = f DC Motor se TIEN else if (state == 'f') { digitalWrite(motorPinR1, LOW); // Chan tren L293D muc LOW digitalWrite(motorPinR2, HIGH); // Chan tren L293D muc HIGH digitalWrite(motorPinL1, LOW); // Chan 10 tren L293D muc LOW digitalWrite(motorPinL2, HIGH); // Chan 15 tren L293D muc HIGH Serial.println("Motor: TIEN"); state = 0; // De state ve khong anh huong gia tri nhap tiep theo Đồ án thiết kế I Trang 36 } //Neu state = b DC Motor se LUI else if (state == 'b') { digitalWrite(motorPinR1, HIGH); // Chan tren L293D muc HIGH digitalWrite(motorPinR2, LOW); // Chan tren L293D muc LOW digitalWrite(motorPinL1, HIGH); // Chan 10 tren L293D muc LOW digitalWrite(motorPinL2, LOW); // Chan 15 tren L293D muc LOW Serial.println("Motor: LUI"); state = 0; // De state ve khong anh huong gia tri nhap tiep theo } //Neu state = l DC Motor se RE TRAI else if (state == 'l') { digitalWrite(motorPinR1, LOW); // Chan tren L293D muc LOW digitalWrite(motorPinR2, HIGH); // Chan tren L293D muc HIGH digitalWrite(motorPinL1, LOW); // Chan 10 tren L293D muc LOW digitalWrite(motorPinL2, LOW); // Chan 15 tren L293D muc LOW Serial.println("Motor: RE TRAI"); state = 0; // De state ve khong anh huong gia tri nhap tiep theo } //Neu state = r DC Motor se RE PHAI else if (state == 'r') { Đồ án thiết kế I Trang 37 digitalWrite(motorPinR1, LOW); // Chan tren L293D muc LOW digitalWrite(motorPinR2, LOW); // Chan tren L293D muc LOW digitalWrite(motorPinL1, LOW); // Chan 10 tren L293D muc LOW digitalWrite(motorPinL2, HIGH); // Chan 15 tren L293D muc HIGH Serial.println("Motor: RE PHAI"); state = 0; // De state ve khong anh huong gia tri nhap tiep theo } } Đồ án thiết kế I Trang 38 Tài liệu tham khảo [1] http://energia.nu/ [2] http://arduino.vn/ Đồ án thiết kế I Trang 39