Luận Văn Thiết kế và thi công Robot đánh trống trong trường học

B TR NG GIÁO D C & ẨO T O IH CS PH M K THU T TP H CHÍ MINH KHOA I N ậ I N T B MỌN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH - ÁN T T NGHI P NGÀNH K THU T I N T TRUY N THÔNG TÀI: THI T K VÀ THI CÔNG ROBOT ÁNH TR NG TR NG H C GVHD: ThS Phan Vân Hoàn SVTH: Tr n Trung Nam MSSV: 15141216 Nguy n Gia H u MSSV: 15141155 Tp H Chí Minh - 7/2019 TR NG H SPKT TP H CHÍ MINH C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM KHOA I N- I N T B MỌN I N T CÔNG NGHI P ậ CL P-T DO - H NH PHÚC o0o Y SINH Tp HCM, ngƠy tháng n m 2019 NHI M V H tên sinh viên: Tr n Trung Nam MSSV: 15141216 Nguy n Gia H u MSSV: 15141155 K thu t i n t - Truy n thông Mã ngành: Chuyên ngành: H đƠo t o: i h c quy Khóa: I TểN ÁN T T NGHI P 2015 TÀI: THI T K TR 52510302 Mư h : L p: 15141DT1B VẨ THI CỌNG ROBOT ÁNH TR NG TRONG NG H C II NHI M V Các s li u ban đ u: - Nguy n ình Phú, Giáo trình Th c Hành Vi i u Khi n – ARM STM32, Tr ng i h c S Ph m K Thu t TP H Chí Minh, 2014 - Phan Vân Hồn, Giáo ỏrình Vi i u Khi n Nâng Cao, Tr ng i h c S Ph m K Thu t TP H Chí Minh N i dung th c hi n: - Ho t đ ng c a vi u n, hình c m ng - Cách th c t o m t ng d ng di đ ng ch y n n t ng h u hành Android - Tìm hi u v th i gian th c - Các ngơn ng l p trình, thi t k - Tìm hi u v ho t đ ng c a đ ng c c ng nh v t li u v c khí ii - Xây d ng mơ hình Robot đánh tr ng III NGÀY GIAO NHI M V : 18/2/2019 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 18/6/2019 V H VÀ TÊN CÁN B H CÁN B H NG D N NG D N: ThS Phan Vân Hoàn BM I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH iii TR NG H SPKT TP H CHÍ MINH C NG HỊA XÃ H I CH NGH A VI T NAM KHOA I N- I N T B MỌN I N T CL P-T CÔNG NGHI P ậ DO - H NH PHÚC o0o Y SINH Tp HCM, ngƠy tháng n m 2019 L CH TRÌNH TH C HI N ÁN T T NGHI P H tên sinh viên 1: Tr n Trung Nam L p: 15141DT1B MSSV: 15141216 H tên sinh viên 2: Nguy n Gia H u L p: 15141DT1B MSSV: 15141155 Tên đ tài: ROBOT ÁNH TR NG TRONG TR Tu n/ngày Tu n T 18/2/2019 NG H C N i dung Xác nh n GVHD - G p GVHD nh n đ tài - Vi t đ c ng chi ti t đ n 24/2/2019 Tu n T 25/2/2019 -Tìm hi u đ tƠi đư nghiên c u liên quan v robot đánh tr ng tr ng h c đ n 3/3/2019 Tu n -G p GVHD đ báo cáo h ng th c hi n đ tài T 4/3/2019 đ n 10/3/2019 Tu n T 11/3/2019 - Tìm hi u v c c u đánh tr ng thi t k khung Robot đ n 17/3/2019 iv Tu n -Báo cáo ti n đ v i GVHD T 18/3/2019 -V mô ph ng c c u, mua thi t b đ gia công đ n 24/3/2019 c khí -Tìm hi u giao ti p gi a STM32F407 v i hình c m ng, ESP8266 Tu n -Báo cáo ti n đ v i GVHD T 25/3/2019 -L p trình giao ti p gi a STM32F07 v i đ ng đ n 31/3/2019 c b Tu n c hình c m ng -Báo cáo ti n đ v i GVHD T 1/4/2019 -Thi t k giao di n cho hình c m ng thi đ n 7/4/2019 công khung Robot Tu n T 8/4/2019 đ n 14/4/2019 Tu n - Báo cáo ti n đ v i GVHD - Tìm hi u u n hình b ng c m ng -Giao ti p Module ESP8266 -Ti p t c u n hình b ng c m ng T 15/4/2019 - Giao ti p gi a ESP8266 v i Firbase.trình giao đ n 21/4/2019 di n bán hàng hoàn ch nh Tu n 10 - Vi t App n tho i T 22/4/2019 - i u n đ ng c đánh tr ng theo nh p đ n 28/4/2019 Tu n 11 -Giao ti p gi a STM32F407 v i ESP8266 T 29/4/2019 App n tho i đ n 5/5/2019 - Thi công đ gác tr ng Tu n 12 T 6/5/2019 đ n 12/5/2019 - Báo cáo ti n đ v i GVHD -Ch nh s a ph n u n c m ng giao di n u n - Ch nh s a giao di n App Tu n 13 -Ch nh s a u n đánh tr ng T 13/5/2019 -Vi t báo cáo đ n 19/5/2019 - Hồn thành khung robot l p ráp mơ hình v Tu n 14 T 20/5/2019 -Ch y th nghi m kh c ph c l i - Vi t báo cáo đ n 26/5/2019 Tu n 15 T 27/5/2019 -Báo cáo ti n đ v i GVHD - Ki m tra ho t đ ng c a toàn h th ng đ n 2/6/2019 Tu n 16 T 3/6/2019 -Kh c ph c l i h th ng -Quay video clip h ng d n đ n 9/6/2019 Tu n 17 T 10/6/2019 -Hoàn thi n báo cáo, chu n b g p GVPB b o v đ n 16/6/2019 GV H NG D N (Ký ghi rõ h tên) vi L I CAM OAN tài nhóm t th c hi n d a vào m t s tài li u tr t tài li u hay cơng trình đư có tr c vƠ khơng chép c Ng i th c hi n đ tài Tr n Trung Nam Nguy n Gia H u vii L IC M N có th hoƠn thƠnh đ tài này, nhóm sinh viên th c hi n xin chân thành c m n quý th y cô Tr ng H S ph m K thu t TP H Chí Minh đư h ki n th c cho nhóm su t trình h c t p Th y Phan Vơn HoƠn đư t n tình h ng d n, truy n đ t c bi t, nhóm xin chân thƠnh c m n ng d n vƠ t o u ki n thu n l i cho nhóm su t th i gian th c hi n đ án t t nghi p Nhóm xin đ c phép g i đ n th y lòng bi t n, l i c m n chơn thƠnh vƠ sơu s c nh t Bên c nh đó, nhóm c ng xin c m n anh, ch khóa tr c c ng nh b n sinh viên l p 15141DT1B đư nhi t tình đóng góp ́ ki n vƠ chia s kinh nghi m, c m n gia đình đư t o u ki n, đ ng viên, chia s ti p thêm đ ng l c đ giúp nhóm có th hoƠn thƠnh đ tài nƠy Cu i cùng, d̀ đư c g ng hoƠn thƠnh nhi m v đ tƠi đ t đ m b o th i h n nh ng ki n th c h n ch nên q trình th c hi n đ tài khơng tránh kh i nh ng thi u sót Nhóm r t mong nh n đ đ đ án đ c ý ki n đóng góp c a q th y b n c hoàn thi n h n Xin chân thành c m n! Ng i th c hi n đ tƠi Tr n Trung Nam Nguy n Gia H u viii M CL C TRANG BÌA .i NHI M V ÁN T T NGHI P ii L CH TRÌNH TH C HI N ÁN T T NGHI P .iv L I CAM OAN vii L I C M N viii M C L C .ix LI T Kể HỊNH V .xii LI T Kể B NG xvi TịM T T xvii CH NG 1: T NG QUAN 1.1 TV N : 1.2 M C TIÊU 1.3 N I DUNG NGHIÊN C U 1.4 GI I H N 1.5 B C C CH NG 2: C S LÝ THUY T 2.1 GI I THI U VI I U KHI N STM32F4VG: 2.1.1 Gi i thi u: 2.1.2 Thông s k thu t: 2.2 ESP8266 VÀ MODULE NODEMCU v1.0 2.2.1 Gi i thi u ESP8266 2.2.2 Thông s k thu t 2.2.3 Ch c n ng c a module ESP8266 2.2.4 NodeMCU v1.0 2.3 MODULE I U KHI N NG C TB6600 2.3.1 Gi i thi u: 2.3.2 Thông s k thu t: 2.3.3 CƠi đ t ghép n i: ix 2.4 NG C B C 2.4.1 Gi i thi u 2.4.2 Các lo i đ ng c b c 10 2.4.3 Cách u n đ ng c b 2.5 MÀN HÌNH C M c 12 NG 13 2.5.1 Gi i thi u 13 2.5.2 Thông s k thu t: 13 2.6 CHU N GIAO TI P UART 13 2.6.1 Gi i thi u 13 2.6.2 Các thông s c b n c a chu n truy n 15 2.7 GOOGLE FIREBASE 15 2.7.1 Gi i thi u 15 2.7.2 Các ch c n ng c a Google Firebase 16 2.7.3 Nh ng l i ích t Google 16 CH NG 3: TệNH TOÁN VẨ THI T K 18 3.1 GI I THI U: 18 3.2 YÊU C U VẨ S KH I H TH NG: 18 3.2.1 Yêu c u c a h th ng: 18 3.2.2 S đ kh i ch c n ng m i kh i: 18 3.2.3 Ho t đ ng c a h th ng: 19 3.3 THI T K : 19 3.3.1 Kh i u n trung tâm chính: 19 3.3.2 Kh i giao ti p WiFi: 21 3.3.3 Kh i công su t: 23 3.3.4 Kh i đ ng c : 24 3.3.5 Kh i u n hi n th : 26 3.3.6 Kh i ngu n: 28 3.3.7 Kh i Firebase - app Android: 31 3.4 S NGUYÊN LÝ TOÀN M CH: 32 3.4.1 S đ nguyên lý toàn m ch: 32 3.4.2 Gi i thích s đ : 32 3.5 THI T K KHUNG ROBOT: 32 x CH NG 4: THI CỌNG H TH NG Hình 4.57 Giao di n đ ng nh p  N u ch a có tƠi kho n nh n đ ng ḱ tài kho n m i Hình 4.58 ng kí ỏài kho n  Sau đ ng nh p s vào giao di n trang ch g m thông tin v tên đ tài, giáo viên h ng d n, sinh viên th c hi n B MỌN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH 68 CH NG 4: THI CỌNG H TH NG Hình 4.59 Giao di n trang ch c a app  Khi nh n NEXT s chuy n sang giao di n gi i thi u v mơ hình, nh n BACK s v giao di n tr c B MỌN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH 69 CH NG 4: THI CỌNG H TH NG Hình 4.60 Giao di n gi i thi u mơ hình  Khi ti p t c nh n NEXT s chuy n sang giao di n cƠi đ t th i gian Bi u t ng phía d i bên ph i đ g i d li u lên Firebase, bi u t ng phía d i bên trái đ thêm m c th i gian m i, mu n xóa m c th i gian nh n gi ch n xóa Hình 4.61 Giao di n cài đ t th i gian  Mu n g i d li u th i gian lên Firebase c n ch n ô bên ph i v i m c th i gian t ng ng r i nh n vào bi u t ng phía d i bên ph i sau mƠn hình c m ng c ng s c p nh t th i gian gi ng v i app B MỌN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH 70 CH NG 4: THI CỌNG H TH NG Hình 4.62 Cách g i d li u lên Firebase  thay đ i giá tr th i gian nh n vào m c th i gian c n đ i vƠ u ch nh Hình 4.63 Giao di n ỏhay đ i giá tr th i gian B c 5: Trên hình c m ng th i gian th c b ng v i giá tr th i gian đ t ch ng trình đánh tr ng s ho t đ ng B MỌN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH 71 CH NG 4: THI CỌNG H TH NG 4.5.2 Quy t c thao tác Hình 4.64 L Ố đ quy trình thao tác v i h th ng B MỌN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH 72 CH NG 5: K T QU CH 5.1 K T QU NG 5: K T QU TH C HI N T C: Sau 16 tu n th c hi n đ tài, trình nghiên c u lƠm đ án nhóm đư tìm hi u đ c nhi u v n đ ki n th c m i Trong đ tƠi nƠy đ ng c b c lƠ đ ng c đ c s d ng, qua nhóm đư bi t đ c cách s d ng c ng nh nguyên lí ho t đ ng c a đ ng c đ có th áp d ng vƠo đ tài, nâng cao thêm ki n th c, cách l a ch n phân bi t gi a lo i đ ng c b c khác i v i ph n hi n th vƠ u n, nhóm đư ch n hình c m ng TFT, qua bi t đ c s d ng c ng nh thi t k giao di n vƠ u n b ng c m ng Bi t đ c cách đ t o m t h c s d li u đ l u tr giám sát b ng Firebase Hi u v cách s d ng ch c n ng, th vi n c a nhà s n xu t cung c p, c ng nh cách giao ti p gi a STM32 v i Module khác, đ tƠi nƠy nhóm đư th c hi n đ c vi c giao ti p gi a STM32 v i hình c m ng, truy n nh n d li u v i module ESP8266 App Android Trong đ tài nhóm có s d ng m t mơ hình đ mơ t h th ng, mơ hình có s d ng c ch đòn b y g m có lò xo, bi, truy n L i d ng l c kéo lò xo đ t o l c quay cánh tay Robot Qua bi t đ c c ch ho t đ ng c a c ch đòn b y 5.2 K T QU TH C NGHI M: 5.2.1 Mơ hình s n ph m: Hình 5.1 Mơ hình Roboỏ đánh ỏr ng ỏrong ỏr B MỌN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH ng h c 73 CH NG 5: K T QU 5.2.2 Kh i đ ng h th ng: Hình Màn hình c p ngu n H th ng c p ngu n vào s hi n th lên giao di n nh hình 5.2 đ ng th i Robot ch a ho t đ ng Hình 5.3 App Android m i m lên Khi m ng d ng lên giao di n n tho i s xu t hi n nh hình 5.2.3 Quan sát th i gian: B MỌN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH 74 CH NG 5: K T QU Hình 5.4 Giao di n chuy n sang quan sát th i gian Khi nh n vào nút chuy n sang trang góc d i bên ph i hình s chuy n sang trang khác đ quan sát th i gian, ti p t c nh n s chuy n sang giao di n đ ng nh p Hình 5.5 Giao di n đ ng nh p c a hình c m ng Hình 5.6 Giao di n n tho i hi n th gi ch nh Lúc nƠy App n tho i s hi n th nh ng giá tr th i gian đ ng ch nh s a giá tr cài i dùng 5.2.4 ánh tr ng: B MỌN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH 75 CH NG 5: K T QU Hình 5.7 Giao di n chuy n sang ỏrang cài đ t th i gian Khi nh n vào nút chuy n sang trang góc d i bên ph i hình s chuy n sang trang khác đ th c hi n vi c tùy ch nh th i gian đ đánh tr ng N u th i gian cài đ t b ng v i th i gian th c ch y Robot s đánh tr ng Hình 5.8 Giao di n ch nh ốà cài đ t th i gian App Android Ng B i dùng có th u ch nh vi c cƠi đ t th i gian b ng App n tho i MỌN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH 76 CH NG 5: K T QU Hình 5.9 Roboỏ đánh ỏr ng ỏh i gian Robot s đánh tr ng th i gian cƠi đ t hình c m ng ho c th i gian u ch nh App n tho i th i gian th c ch y b ng 5.3 NH N XÉT 5.3.1 Nh n xét: ÁNH GIÁ: Sau 16 tu n nghiên c u th c hi n đ tài, h th ng đư đáp ng đ c nh ng m c tiêu yêu c u thi t k a u m: - H th ng d s d ng, d thao tác - D l p đ t, thu n ti n cho vi c đánh tr ng b o d ng, s a ch a - Giao di n thi t k tr c quan, d s d ng - T c đ u n c m ng t ng đ i nhanh vƠ đáp ng u c u x lý - Mơ hình b n, ho t đ ng n đ nh th i gian dài - D li u th i gian đ c l u tr quan sát Firebase b Nh c m: - H th ng có giao ti p thông qua module Wifi ESP8266 nên m t n vi c u n n tho i không đ c th c thi - H th ng ch a có ngu n c p d phòng nên m t n h th ng không th ho t đ ng - H th ng b o m t ch a t t, ng i l có th ch nh s a th i gian - Giá thành cao - D li u truy n UART ch a đáp ng nhanh c So sánh v i đ tƠi tr c đơy: B MỌN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH 77 CH NG 5: K T QU Robot đánh tr ng Vi t Nam ch a đ c ng d ng r ng rưi, đ tƠi đ c lên ́ t ng v i s g i ý c a th y h ng d n m t ph n mơ hình Robot đánh tr ng t i tr ng Trung Hoc Ph Thông Chuyên Nguy n B nh Khiêm, t nh V nh Long nên mơ hình nhóm s so sánh v i mơ hình c a tr ng Chuyên Nguy n B nh Khiêm - u m + i u n thơng qua hình c m ng vƠ mƠn hình n tho i thay u n b ng nút nh n + Giao di n hi n th vƠ u n tr c quan hình c m ng hình n tho i thay led b y đo n - Nh c m + Giá thành cao + L c tr ng y u h n 5.3.2 ánh giá: Sau v n hành h th ng đ ki m tra, nhóm th c hi n đư thu v nh ng s li u nh b ng sau: B ng 5.1 S li u giám sát th c t : Ho t đ ng S l n thƠnh S l n th t b i ánh Ghi công (50 l n) (50 l n) giá Giám sát ho t 47 t MƠn hình lúc đ u đ ng c a mƠn c p ngu n c n hình ph i t i d li u nên hi n th ban đ u h i ch m Giám sát ho t 46 t ng c ho t đ ng đ ng c a đ ng lơu ngƠy có th b c khô Giám sát ho t 49 t Cánh tay ho t đ ng đ ng c a cánh n đ nh, ho t đ ng tay robot lơu ngƠy c n ́ đ n m i hƠn Giám sát ho t 47 t T c đ truy n nh n đ ng c a d li u UART ch a truy n d li u nhanh vƠ n đ nh c a module ESP8266 B MỌN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH 78 CH NG 5: K T QU Giám sát ho t đ ng c a Firebase 49 ánh giá chung t T c đ đ a d li u lên Firebase nhanh vƠ n đ nh t Qua nh ng s li u b ng giám sát trên, nhóm th c hi n đánh giá h th ng đ t yêu c u v i nh ng m c tiêu đư đ Mơ hình có th m m cao, an toàn, d dàng s d ng Sau th i gian giám sát ho t đ ng th i gian h n m t ti ng v i 50 l n th nghi m, mơ hình cho k t qu t t v i s t ng đ i n đ nh Tuy nhiên đ mô hình có th áp d ng vào th c t c n có s thay đ i v v t li u đ h giá thƠnh, c ng nh m r ng v quy mô h th ng công ngh B MỌN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH 79 CH NG 6: K T LU N VẨ H CH 6.1 NG PHÁT TRI N NG 6: K T LU N VẨ H TRI N NG PHÁT K T LU N Qua đ tƠi ắThi t k vƠ thi công Robot đánh tr ng tr đư nghiên c u đ c nh ng v n đ mà m c tiêu đư đ a ra: ng”, nhóm th c hi n  Tìm hi u đ xây d ng CSDL, hi u đ c board NodeMCU STM32F407VG  i u n đ c đ ng c b c vi t giao di n hình c m ng  Tìm hi u v ngôn ng C, C++ App Android b ng Android Studio  Có th truy n nh n d li u thông qua UART gi a vi u n STM32F407VG v i NodeMCU, có th giao ti p gi a ng d ng n tho i v i ph n c ng  Ch nh nhi u m c th i gian đ h n đánh tr ng nh p tr ng khác theo t ng th i m Bên c nh có nh ng n i dung mƠ nhóm ch a đ t đ c:  Giao di n hình c m ng đ n gi n  Ch đ y d li u lên Firebase ch a u n b ng Web  Ch a thi t k đ c cách ch n ch đ đánh tr ng theo ng 6.2 H i dùng NG PHÁT TRI N: Trong trình th c hi n đ tài, nhóm g p nhi u khó kh n ti p c n v i ph n c ng v c khí, m ch thi t k ch a đ c đ p Quá trình thu th p d li u, s li u đ c ghi nh n v n ch a đ c n đ nh, trình truy n nh n v n ph i có th i gian ch Th i gian trao đ i d li u gi a NodeMCU CSDL (Firebase) l n d n đ n tính s n sàng c a h th ng ch a cao V n m t s l i đ ng c quay sai sót tính tốn gi a l c c a lò xo vƠ đ ng c Trong th i gian t i, đ tài có th phát tri n nh sau: Thay ch chuy n d li u lên Firebase ta s d ng Web Sever đ t ng hi u xu t giám sát vƠ u n có th đ ng nh p nhi u ng i dùng, nghiên c u sơu h n v l p trình Web vƠ đ m b o v tính n ng, b o m t C i thi n t t h n v giao di n u n, có đ ng nh p tài kho n vƠ tính n ng khác nh ch y ch đ auto, t đ ng d ng đ ti t ki m n ng l ngầ B sung tính n ng ho t đ ng c a ng d ng Android khơng có k t n i Internet (Offline) đ khơng B MỌN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH 80 CH NG 6: K T LU N VẨ H b l b t k thông tin t ng thi n h n B MỌN I N T NG PHÁT TRI N i dùng Áp d ng mô hình vào th c t đ hồn CƠNG NGHI P ậ Y SINH 81 TÀI LI U THAM KH O TÀI LI U THAM KH O Sách tham kh o: [1] Nguy n Tr ng ình Phú, ắGiáo trình Th c Hành Vi i u Khi n – ARM STM32”, i h c S Ph m K Thu t TP H Chí Minh, 2014 [2] Phan Vân HoƠn, ắGiáo ỏrình Vi i u Khi n Nâng Cao”, Tr ng ih cS Ph m K Thu t TP H Chí Minh Trang web tham kh o: [3] Waveshare, ắ7 inch Capacitive Touch LCD”, Waveshare.com, 22/4/2019 [4] ST, ắSTM32F407VG Discovery Schematic”, ST.com, 31/5/2017 [5] Hocarm, ắFirebase with ESP8266”, hocarm.org, 30/4/2017 [6] Khoa Ph m Training, ắL y th i gian t TimerPicker”, khoapham.vn, 9/5/2017 B MỌN I N T CÔNG NGHI P ậ Y SINH xviii ... 32 3.5 THI T K KHUNG ROBOT: 32 x 3.5.1 Khung máy: 32 3.5.2 Các v t li u khác: 33 CH NG 4: THI CÔNG 36 4.1 GI I THI U 36 4.2 THI CÔNG... yêu c u thi t k , thi t k v ph n c ng ph n m m Ch ng 4: K t qu thi công: h th ng sau thi công Ch ng 5: K t lu n ốà h đ tài B MỌN I N T a k t qu mƠ nhóm đ t đ ng phát tri n: a k t lu n vƠ h CÔNG... ng i Trong nhƠ tr ng c ng th , vi c gi ng d y đ c áp d ng nh ng trang thi t b tiên ti n nh máy chi u, tivi giúp h tr t i đa cho công tác gi ng d y, thi c có th áp d ng vi c đ thi, ch m thi tr