ĐIỀU KHIỂN XE TỪ XA BẰNG ĐIỆN THOẠI SỬ DỤNG ARDUINO

Hệ thống điều khiển thiết bị bằng Bluetooth là một hệ thống gồm nhiều thiết bị kết nối với nhau khi hoạt động. Ngày nay có nhiều thiết Bluetooth được sử dụng với mục đích học tập , nghiên cứu và ứng dụng trong cuộc sống. Để tạo được một điều khiển thiết bị thông qua Bluetooth ta cần cần phải ghép các khối mạch điện với những chức năng khác nhau như: khối nguồn, khối tạo xung, khối xử lý, khối hiển thị,…

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

*** Tp Hồ Chí Minh, ngày - tháng - năm 2017

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Họ và tên sinh viên: Đoàn Thanh Danh MSSV:14141437

Ngành:Công Nghệ Kỹ Thuật Điện tử, Truyền

Giảng viên hướng dẫn: Phan Vân Hoàn ĐT: 01678.85.85.89

Ngày nhận đề tài: …./…./2017 Ngày nộp đề tài: …/…./2017

1 Tên đề tài: Điều khiển xe từ xa qua điện thoại

bằng sóng Bluetooth

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

Kiến thức cơ bản về các môn Mạch điện, Điện tử

cơ bản, Điện tử thông tin, Vi xử lý, Kỹ thuật số

3 Nội dung thực hiện đề tài:

 Tìm hiểu đề tài

 Thiết kế hệ thống và lựa chọn linh kiện

 Mô phỏng mạch trên test board

 Chỉnh sửa và thi công mạch

 Viết báo cáo

4 Sản phẩm: Xe điều khiển bằng điện thoại

GIẢNG VIÊN HƯỚNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên Sinh viên: Đoàn Thanh Danh MSSV: 14141437

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử, Truyền thông

Tên đề tài: Điều khiển xe từ xa qua điện thoại bằng sóng Bluetooth

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: Phan Vân Hoàn

NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017

Giáo viên hướng dẫn

(Ký & ghi rõ họ tên)

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên Sinh viên: Đoàn Thanh Danh MSSV: 14141437

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử, Truyền thông

Tên đề tài: Điều khiển xe từ xa qua điện thoại bằng sóng Bluetooth

Họ và tên Giáo viên phản biện:

NHẬN XÉT 7 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

8 Ưu điểm:

9 Khuyết điểm:

10 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

11 Đánh giá loại:

12 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017

Giáo viên phản biện

(Ký & ghi rõ họ tên)

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC…… 1

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 2

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 7

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH 8

Chương 1 TỔNG QUAN 9

1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 9

1.1.1 Đặt vấn đề 9

1.1.2 Tính cấp thiết của đề tài 9

1.2 Mục tiêu đề tài 9

1.3 Giới hạn đề tài 9

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 10

2.1 Giới thiệu về linh kiện sử dụng 10

2.1.1 Vi điều khiển 16F887A 10

2.1.2 LCD 16X2 12

2.1.3 Led 13

2.1.4 Điện trở 14

2.1.5 Tụ điện 14

2.1.6 Biến trở 15

2.1.7 Buzzer 15

2.1.8 Transistor C1815………16

Chương 3: XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 17

3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 17

97

98

99

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

3.1.1 Yêu cầu của hệ thống 17

3.1.2 Sơ đồ khối: 18

3.1.3 Chức năng từng khối 18

3.1.4 Hoạt động của hệ thống 19

3.2 Thiết kế tính toán hệ thống 19

3.2.1 Khối nguồn 20

3.2.2 Khối xử lý điện áp ngõ vào 20

3.2.3 Khối xử lý trung tâm, khối hiển thị, khối cảnh báo buzzer 21

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 23

5.1 Kết quả 23

5.2 Thực nghiệm 23

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 24

6.1 Kết luận 24

6.2 Hướng phát triển 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

PHỤ LỤC 26

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

DANH M C CÁC T VI T T T ỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ừ VIẾT TẮT ẾT TẮT ẮT

UART: Universal Asynchronous Receiver – Transmitter DC: Direct current ,đi n áp m t chi u ệ ộ ề

LED: Light Emitting Diode.

DANH M C B NG BI U ỤC BẢNG BIỂU ẢNG BIỂU ỂU

B ng 2.1 Thông s k thu t c a Arduino ả ố ỹ thuật của Arduino ật của Arduino ủa Arduino

B ng 2.2 Ch c n ng các chân c a L298 ả ức năng các chân của L298 ăng các chân của L298 ủa Arduino

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Sơ đồ kết nối UART

Hình 2.2 Arduino Uno R3

Hình 2.3 Sơ đồ chân Arduino Uno R3

Hình 2.4 Logo Bluetooth

Hình 2.5 Sơ đồ chân HC-05

Hình 2.6 Module L298

Hình 2.7 Sơ đồ chân L298

Hình 2.8 Sơ đồ kết nối L298

Hình 2.9 Động cơ giảm tốc V1

Hình 2.10 PIN

Hình 3.1 Sơ đồ khối

Hình 3.2 Khối xử lý trung tâm

Hình 3.3 Sơ đồ kết nối HC-05 với Arduino

Hình 3.4 Sơ đồ kết nối Arduino với L298 và động cơ

Hình 3.5 Sơ đồ mạch nguyên lý hệ thống

Hình 3.6 Giao diện phần mềm Arduino(IDE)

Hình 3.7 Tạo file mới

Hình 3.8 Lưu tên file

Hình 3.9 Màn hình chương trình

Hình 3.10 Màn hình thông báo kết quả biên dịch thành công

207

208

209

210

211

212

213

214

215

216

217

218

219

220

221

222

223

224

225

226

227

228

Hình 3.11 Tạo fiel mới cho App

Hình 3.12 Giao diện thiết kế App

Hình 3.13 Giao diện điều khiển trên điện thoại

Hình 3.14 Chương trình viết trên App Inventor 2

Hình 4.1 Sản phẩm hoàn thành

229

230

231

232

233

234

235

236

237

238

239

240

241

242

243

244

245

246

247

248

249

250

251

252

253

254

255

256

257

258

259

260

261

262263

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu

Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển cùng với sự xuất hiệncủa Arduino đã mở ra một hướng đi mới cho vi điều khiển Arduino ra đời đã hỗ trợcho con người rất nhiều trong lập trình và thiết kế, nhất là với những ai đang tìm tòi

về vi điều khiển mà không có nhiều kiến thức về lập trình Phần cứng của boardmạch Arduino đã được tích hợp nhiều chức năng cơ bản Ngôn ngữ lập trình trênnền Java lại vô cùng dễ sử dụng và tương thích với ngôn ngữ C và thư viện rấtphong phú được chia sẻ miễn phí trên các trang mạng Chính vì những lý do nhưvậy nên Arduino đang dần phổ biến và phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới

Trên cơ sở kiến thức các môn đã học về lập trình, điện tử thông tin, truyền

số liệu, vi xử lý, kỹ thuật số…cùng với sự hiểu biết về điện tử em đã quyết địnhthực hiện đề tài: Điều khiển xe từ xa qua điện thoại bằng sóng Bluetooth sử dụngboard Arduino UNO R3 với mục đích tìm hiểu về Arduino và các linh kiện điện tửkhác giúp em nâng cao kiến thức về điện tử

1.2 Mục tiêu đề tài

Hướng cho sinh viên tiếp cận với Arduino và vận dụng những kiến thức đãhọc vào để tạo thành sản phẩm điện tử là xe đồ chơi điều khiển bằng bằng thoại quasóng Bluetooth Qua đề tài giúp chúng ta hiểu rõ hơn trong việc điều khiển xe quasóng vô tuyến

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đố ượi t ng nghiên c u là Arduino Uno: n m đ c k t c u ph n c ng, l pức năng các chân của L298 ắm được kết cấu phần cứng, lập ượ ế ấu phần cứng, lập ần cứng, lập ức năng các chân của L298 ật của Arduinotrình trên ph n m m và ng d ng vào m ch th c t , ngoài ra còn nghiên c u Moduleần cứng, lập ề ức năng các chân của L298 ụng vào mạch thực tế , ngoài ra còn nghiên cứu Module ạ ự ế ức năng các chân của L298Bluetooth-HC05, đ ng c , L298, App Inventor 2 s d ng trên đi n tho i.ộ ơ, L298, App Inventor 2 sử dụng trên điện thoại ử dụng trên điện thoại ụng vào mạch thực tế , ngoài ra còn nghiên cứu Module ệ ạ

Ph m vi nghiên c u là thi t k xe đi u khi n s d ng đi n tho i có h đi uạ ức năng các chân của L298 ế ế ề ể ử dụng trên điện thoại ụng vào mạch thực tế , ngoài ra còn nghiên cứu Module ệ ạ ệ ềhành Androi k t n i Bluetooth và đi u khi n trên n n giao di n đ c thi t k b ngế ố ề ể ề ệ ượ ế ế ằApp Inventor 2

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

2.1 Truyền dữ liệu

Truyền dữ liệu là cách mà các thiết bị có giao tiếp, trao đổi thông tin với nhau

Có hai cách để truyền dữ liệu đó là truyền dữ liệu nối tiếp và truyền dữ liệu songsong Mặc dù chỉ có hai cách truyền dữ liệu nhưng lại có rất nhiều chuẩn truyền dữliệu Một số chuẩn truyền dữ liệu phổ biến hiện nay đó là SPI, UART

Chuẩn giao tiếp UART

UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter

Thường là một mạch tích hợp được sử dụng trong việc truyền dẫn dữ liệu nối tiếp giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi Rất nhiều vi điều khiển hiện nay đã được tíchhợp UART UART thường được dùng trong máy tính công nghiệp, truyền thông, vi điều khiển, hay một số các thiết bị truyền tin khác Mục đích của UART là để truyền tín hiệu qua lại lẫn nhau (ví dụ truyền tín hiệu từ Laptop vào Modem hay ngược lại) hay truyền từ vi điều khiển tới vi điều khiển, từ laptop tới vi điều khiển

Ở kiểu truyền này thì có 1 đường phát dữ liệu và 1 đường nhận dữ liệu còn tín hiệu xung clock có cùng tần số và thường được gọi là tốc độ truyền dữ liệu (baund)

Hình 2.1 Sơ đồ kết nối UART

2.2 Giới thiệu các kinh kiện cần sử dụng

2.21 Arduino UNO R3

 Cấu hình của ARDUINO

Board Arduino UNO R3 do MME phân phối là board vi điều khiển sử dụngATmega328 Board có 14 chân In/Out (trong đó có 6 ngõ ra PWM), 6 chân đầuvào analog, 1 kết nối USB, cổng nguồn, đầu ICSP, nút reset và và hoạt động ở tốc

độ mặc định 16 Mhz

Phiên bản Arduino UNO R3 tại MME sử dụng chip ATmega 16 U2 để giaotiếp với máy tính, giúp tăng tốc độ nạp chương trình, tốc độ truyền nhận dữ liệu vàtương thích với tất cả mã nguồn của Arduino UNO R3

Arduino UNO R3 có thể sử dụng làm mạch điều khiển các máy CNC mini, lase.

Hình 2.2 Arduino Uno R3

 Thông số kỹ thuật Arduino UNO R3

Bảng 2-1 Thông số kỹ thuật Arduino

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Điện áp khuyên dùng 7 – 12V DC

Điện áp vào giới hạn 6 – 20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30mA

Dòng ra tối đa (5V) 500mA

Dòng ra tối đa (3.3V) 50mA

Chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth chính là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết.Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với

độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác

Chân giao tiếp SPI: 10(SS), 11(MOSI), 12(MISO), 13(SCK) Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board, có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Nếu cấp điện áp 2.5V vào chân này thì có thể dùng các chân analog để

đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit

Arduino UNO R3 có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác

Hình 2.3 S đ chân Arduino UNO R3ơ, L298, App Inventor 2 sử dụng trên điện thoại ồ chân Arduino UNO R3

 Khái niệm về Bluetooth

Bluetooth là công ngh d a trên t n s vô tuy n s d ng đ t o k t n i giaoệ ự ần cứng, lập ố ế ử dụng trên điện thoại ụng vào mạch thực tế , ngoài ra còn nghiên cứu Module ể ạ ế ố

ti p gi a hai lo i thi t b khác nhau trong m t c ly nh t đ nh.ế ữ ạ ế ị ộ ự ấu phần cứng, lập ị

Bluetooth đ c thi t k đ thay th dây Cable nh m t i u và thu n ti n choượ ế ế ể ế ằ ố ư ật của Arduino ệ

vi c k t n i gi a các thi t b v i nhau.ệ ế ố ữ ế ị ớ

Bluetooth khi kích ho t có th t đinh v đ c nh ng thi t b khác có chung côngạ ể ự ị ượ ữ ế ịngh trong vùng làm vi c.ệ ệ

 Các thông số chính và ưu điểm của Bluetooth

 Bluetooth có thể đạt được tốc độ truyền dữ liệu 1Mp/s, hỗ trợ tốc độtruyền tải dữ liệu lên đến 720Kb/s trong phạm vi từ 10m-100m

 Sử dụng dải tần số từ 2.4-2.48GHz

 Tương thích cao, an toàn và bảo mật

 Năng lượng tiêu thụ ít, dễ dàng phát triển ứng dụng

 Module HC-05

Hình 2.5 Sơ đồ chân HC-05

 Thông số kỹ thuật

 Điện áp hoạt động của Uart 3.3 - 5V DC

 Dòng điện hoạt động: khi mới kích hoạt thì dòng là 30mA khi hoạt độngtruyền nhận ổn định thì dòng là 8mA

 Tốc độ Baud của Uart có thể được chọn là: 1200, 2400, 4800, 9600,19200,

k t n i thành công thì có th s d ng đ truy n nh n d li u t c đ baud 9600.ế ố ể ử dụng trên điện thoại ụng vào mạch thực tế , ngoài ra còn nghiên cứu Module ể ề ật của Arduino ữ ệ ở ố ộ

Ch đ Master(thi t b ch ): trong ch đ này thì thi t b ch có th t đ ng dòế ộ ế ị ủa Arduino ế ộ ế ị ủa Arduino ể ự ộtìm thi t b khác khi cho phép b t Bluetoothế ị ật của Arduino

2.2.3 Module i u khi n điều khiển động cơ L298 ều khiển động cơ L298 ển động cơ L298 điều khiển động cơ L298ộng cơ L298 ng c L298 ơ L298

b c Nó có 2 chân enable (cho phép) đ cho phép/không cho phép IC ho t đ ng, đ cướ ể ạ ộ ộ

l p v i các chân tín hi u vào C c phát (emitter) c a transistor d i c a m i m chật của Arduino ớ ệ ự ủa Arduino ướ ủa Arduino ỗi mạch ạ

c u đ c n i v i nhau và n i ra chân ngoài đ n i v i đi n tr c m ng dòng khiần cứng, lập ượ ố ớ ố ể ố ớ ệ ở ả ức năng các chân của L298

c n.Nó có thêm m t chân c p ngu n giúp m ch logic có th ho t đ ng đi n thần cứng, lập ộ ấu phần cứng, lập ồ chân Arduino UNO R3 ạ ể ạ ộ ở ệ ể

th p h n.ấu phần cứng, lập ơ, L298, App Inventor 2 sử dụng trên điện thoại

Hình 2.6 Module L298 Hình 2.7 S đ chân L298ơ, L298, App Inventor 2 sử dụng trên điện thoại ồ chân Arduino UNO R3

Chân số Tên Ch c n ng ức năng ăng

Ngõ ra c a c u A Dòng c a t i m c gi a 2 chân này đ c quy đ nhủa Arduino ần cứng, lập ủa Arduino ả ắm được kết cấu phần cứng, lập ữ ượ ị

b i chân 1.ở

4 VS Chân c p ngu n cho t ng công su t C n có 1 t đi n không c mấu phần cứng, lập ồ chân Arduino UNO R3 ần cứng, lập ấu phần cứng, lập ần cứng, lập ụng vào mạch thực tế , ngoài ra còn nghiên cứu Module ệ ả

kháng 100nF n i gi a chân này và chân GNDố ữ

Chân ngõ vào enable t ng thích chu n TTL M c th p chân này sươ, L298, App Inventor 2 sử dụng trên điện thoại X ức năng các chân của L298 ấu phần cứng, lập ở ẽ

c m (disable) ngõ ra c u A (đ i v i chân EnableA) và c u B (đ i v iấu phần cứng, lập ần cứng, lập ố ớ ần cứng, lập ố ớchân EnableB)

8 GND Chân n i đ t (ground)ố ấu phần cứng, lập

9 VSS Chân c p ngu n cho kh i logic C n có t 100nF n i gi a chân nàyấu phần cứng, lập ồ chân Arduino UNO R3 ố ần cứng, lập ụng vào mạch thực tế , ngoài ra còn nghiên cứu Module ố ữ

Ngõ ra c a c u B Dòng c a t i m c gi a 2 chân này đ c quy đ nhủa Arduino ần cứng, lập ủa Arduino ả ắm được kết cấu phần cứng, lập ữ ượ ị

b i chân 15ở418

419

 Thông số kỹ thuật

 Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H

 Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V

 Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (=>2A cho mỗi motor)

 Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V

 Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA

 Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 )℃)

 Nhiệt độ bảo quản: -25 ~ +130 ℃) ℃)

2.2.4 Động cơ L298 ng c DC gi m t c V1 và PIN ơ L298 ảm tốc V1 và PIN ốc V1 và PIN

Hình 2.9 Động c DC gi m t c V1 ơ, L298, App Inventor 2 sử dụng trên điện thoại ả ố

Thông s k thu t ốc V1 và PIN ỹ thuật ật

Thông s k thu t ốc V1 và PIN ỹ thuật ật

- Dung lượng : 3200mAh

449