Thiết kế và thi công mô hình xe robot dò tìm kim loại điều khiển bằng điện thoại

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH o0o Tp HCM, ngày tháng năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nguyễn Hữu Phước MSSV: 15141254 Võ Thanh Phong MSSV: 15141242 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ: Khóa: 2015 Lớp: 1514DT2C Họ tên sinh viên: I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH XE ROBOT DỊ TÌM KIM LOẠI ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN THOẠI II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu:  Mơ hình xe điều khiển từ xa ứng dụng điện thoại Adroid  Xe chạy tiến, chạy lùi, xoay trái, xoay phải, điều chỉnh thay đổi tốc độ di chuyển  Xe dò tìm, phát vật kim loại, phát kim loại phát âm cảnh báo  Sử dụng module có sẵn thị trường để phục vụ thi công đề tài Nội dung thực hiện:  Tìm hiểu cách thức hoạt động mơ hình xe robot  Tìm hiểu mạch dò kim loại  Tìm hiểu chuẩn truyền thơng UART  Tìm hiểu cách điều chế độ rộng xung PWM  Tìm hiểu mạch cơng suất điều khiển động DC  Tìm hiểu Arduino Uno R3, module wifi ESP8266  Tìm hiểu ứng dụng MIT App Inventor viết phần mềm Android  Thiết kế thi cơng mơ hình xe  Thiết kế giao diện để điều khiển: App android  Viết chương trình điều khiển cho Arduino ESP8266, nạp code chạy thử nghiệm sản phẩm, chỉnh sửa hoàn thiện hệ thống  Thực viết luận văn báo cáo  Tiến hành báo cáo đề tài tốt nghiệp III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 25/02/2019 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/07/2019 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Thầy Hà A Thồi BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH o0o -Tp HCM, ngày tháng năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Hữu Phước Lớp: 1514DT2C MSSV: 15141254 Họ tên sinh viên 2: Võ Thanh Phong Lớp: 1514DT2C MSSV: 15141242 Tên đề tài: Thiết kế thi công mô hình xe Robot dò tìm kim loại điều khiển điện thoại Tuần/ngày Tuần (25/2 –3/3) Tuần (4/3 – 10/3) Tuần (11/3 – 17/3) Tuần (18/3 – 24/3) Nội dung - Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án, tiến hành chọn đồ án - GVHD tiến hành xét duyệt đề tài - Viết đề cương - Viết lịch trình làm đề tài -Tìm hiểu sở lý thuyết liên quan với đề tài: Arduino Uno R3, ESP8266 NodeMCU, động DC giảm tốc, mạch cầu H L298N, chuẩn giao tiếp, mạch dò tìm kim loại -Tìm hiểu sở lý thuyết liên quan với đề tài: Arduino Uno R3, ESP8266 NodeMCU, động DC giảm tốc, mạch cầu H L298N, chuẩn giao tiếp, mạch dò tìm kim loại - Tìm hiểu giao tiếp module thiết bị Tuần (25/3 – 31/3) - Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức khối - Tính tốn thiết kế khối nguồn Xác nhận GVHD Tuần (1/4 – 7/4) -Kết nối tất khối lại thiết kế sơ đồ toàn mạch, giải thích nguyên lý hoạt động mạch - Vẽ PCB Tuần (8/4 – 14/4) Tuần (15/4 – 21/4) Tuần (15/4 – 21/4) Tuần (22/4 –28/4) Tuần 10 (29/4 – 5/5) Tuần 11 (6/5 – 12/6) - Lập trình cho vi điều khiển tiến hành thi cơng mạch - Lập trình cho vi điều khiển tiến hành thi cơng mạch - Lập trình cho vi điều khiển tiến hành thi công mạch - Lập trình cho vi điều khiển tiến hành thi công mạch - Kiểm tra mạch thi công - Viết báo cáo nội dung làm - Hoàn thiện báo cáo gởi cho GVHD để xem xét góp ý lần cuối trước in báo cáo - Nộp báo cáo Tuần 12 - Làm slide báo cáo báo cáo đề tài (13/6 – 19/6) GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CAM ĐOAN Đề tài tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Người thực đề tài Nguyễn Hữu Phước Võ Thanh Phong LỜI CẢM ƠN Sau hồn thành đề tài, lời nói nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy, Cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh chung đặc biệt Thầy, Cơ Khoa Điện - Điện Tử nói riêng dành hết tâm huyết giảng dạy, truyền đạt kinh nghiệm kiến thức quý báu cho chúng em suốt năm học vừa qua, tạo tiền đề để thực đề tài tạo tảng cho tương lai sau chúng em Nhóm em xin cảm ơn sâu sắc chân thành tới Thầy Hà A Thồi trực tiếp hướng dẫn chúng em cách tận tình suốt trình làm đề tài, Thầy ln tạo điều kiện hỗ trợ chúng em mình, cung cấp thiết bị đưa hướng đi, cách giải phù hợp để chúng em vượt qua khó khăn Một lần em xin chân thành cảm ơn Thầy Cuối chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân bạn bè giúp đỡ vật chất lẫn tinh thần để nhóm em hoàn thành đề tài dễ dàng Xin cảm ơn người Trong trình tìm hiểu thực đề tài, thời gian kiến thức chúng em có giới hạn nên khơng thể có thiếu sót Vì vậy, nhóm chúng em mong nhận đóng góp quý báu Thầy, Cơ để đề tài chúng em hồn thiện Người thực đề tài Nguyễn Hữu Phước Võ Thanh Phong MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN vi MỤC LỤC vii DANH MỤC HÌNH ẢNH x DANH MỤC BẢNG xiv TÓM TẮT xv Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH DÒ KIM LOẠI 2.1.1 Lịch sử phát triển 2.1.2 Ứng dụng 2.1.3 Khoảng cách để nhận dạng kim loại 2.1.4 Các phương pháp dò kim loại 2.1.5 Một số sản phẩm máy dò kim loại có thi trường 11 2.2 ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG PWM 12 2.2.1 Giới thiệu 12 2.2.2 Nguyên lý điều chế độ rộng xung PWM 12 2.2.3 Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM 14 2.2.4 Ứng dụng điều chế độ rộng xung PWM điều khiển 14 2.3 CHUẨN GIAO TIẾP UART 15 2.3.1 Khái niệm 15 2.3.2 Các đặc điểm quan trọng chuẩn truyền thông UART 16 2.3.3 Ứng dụng 18 2.3.4 Ưu nhược điềm 18 2.4 CHUẨN GIAO TIẾP WI-FI 18 2.4.1 Giới thiệu 18 2.4.2 Nguyên tắc hoạt động 19 2.4.3 Một số chuẩn kết nối 19 2.5 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 21 2.5.1 Arduino Uno R3 21 2.5.2 Module Wifi ESP8266 NodeMCU 28 2.5.3 Mạch cầu H L298N 32 2.5.4 Động DC giảm tốc 35 2.5.5 Giới thiệu IC 555 mạch tạo dao động IC 555 41 2.5.6 Giới thiệu vi điều khiển PIC 16F690 44 2.5.7 Nguồn pin 45 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 47 3.1 GIỚI THIỆU 47 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 47 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 47 3.2.2 Tính tốn thiết kế 48 Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 67 4.1 GIỚI THIỆU 67 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 67 4.2.1 Thi công board mạch 67 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 71 4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 74 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 78 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 78 4.4.2 Giao diện điều khiển 87 4.4.3 Giới thiệu phần lập trình vi điều khiển 90 4.4.4 Phần mềm lập trình cho điện thoại 92 4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC 95 4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng 95 4.5.2 Quy trình thao tác 97 Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 99 5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 99 5.1.1 Tổng quát kết đạt 99 5.1.2 Kết mạch dò kim loại 100 5.1.3 Kết mạch điều khiển trung tâm 102 5.1.4 Mơ hình xe hồn chỉnh 103 5.1.5 Kết ứng dụng điều khiển 104 5.2 NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ 106 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 108 6.1 KẾT LUẬN 108 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO 110 PHỤ LỤC 112 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Máy dò kim loại Hình 2.2 Các anh đội rà phá bom mìn Hình 2.3 Một số máy dò kim loại sử dụng ngành may măc Hình 2.4 Phương pháp BFO Hình 2.5 Phương pháp VLF Hình 2.6 Máy dò kim loại Super Scanner Garrett-1165180 11 Hình 2.7 Máy Dò Kim Loại MD5008 12 Hình 2.8 Một số dạng sóng điều chế độ rộng xung 13 Hình 2.9 Một số dạng sóng điều chế độ rộng xung điện áp trung bình tương ứng 14 Hình 2.10 Kết nối UART hai vi điều khiển 16 Hình 2.11 Các thành phần khung liệu 16 Hình 2.12 Kết nối Wifi thiết bị 19 Hình 2.13 Các chuẩn kết nối Wifi 20 Hình 2.14 Một số loại Arduino 22 Hình 2.15 Hình ảnh thực tế Arduino Uno R3 23 Hình 2.16 Robot 27 Hình 2.17 Drone 27 Hình 2.18 Máy in 3D 28 Hình 2.19 Sơ đồ chân chip ESP8266EX 29 Hình 2.20 Hình ảnh module wifi ESP8266 nodeMCU ngồi thực tế 31 Hình 2.21 Sơ đồ chân ESP8266 32 Hình 2.22 Mạch cầu L298N 33 Hình 2.23 Mạch nguyên lý mạch cầu H L298N 34 Hình 2.24 Cấu tạo động giảm tốc 35 Hình 2.25 Cấu tạo động DC 36 Hình 2.26 Ảnh thực tế stato 37 Hình 2.27 Ảnh thực tế rôto 38 Hình 2.28 Cấu tạo hộp giảm tốc 40 Hình 2.29 Động giảm tốc DC 41 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN  Sử dụng nguồn pin lượng mặt trời  Nâng cao khoảng cách phát kim loại phương pháp dò tìm tiên tiến phương pháp VLF, phương pháp PI,… BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo [1] PGS.TS Nguyễn Hữu Phương, “Mạch số dùng cho sinh viên đại học ngành điện tử, tự động hóa, viễn thơng, tin học, v.v.”, Nhà xuất Thống kê, 2004 [2] Nguyễn Đình Phú, “Vi điều khiển PIC”, Giáo trình trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh, 2016 [3] Nguyễn Văn Hiệp, “Giáo trình Lập trình Android ứng dụng điều khiển”, Nhà xuất đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh [4] Trần Thu Hà, “Điện tử bản”, NXB Đại học quốc gia Tp.HCM, 2013 [5] Nguyễn Đình Phú – Nguyễn Trường Duy, “Giáo trình kĩ thuật số”, NXB Đại học quốc gia Tp.HCM, 2013 [6] Nguyễn Văn Lập Hà Đăng Lộc, “Thiết kế xe điều khiển từ xa có live stream camera”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT Tp.HCM, 2018 [7] Nguyễn Quốc Thái Nguyễn Phước Tài, “Thiết kế robot hỗ trợ trẻ em học tập”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT Tp.HCM, 2018 [8] Nguyễn Tiến Hòa Ngơ Minh Hiệp, “Thiết kế thi cơng mơ hình xe thăm dò mơi trường”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT Tp.HCM, 2019 Trang Web tham khảo [9] “Arduino”, https://vi.wikipedia.org/wiki/Arduino [10] “Arduino ứng dụng sống”, https://quantrimang.com/arduino-la-gi-va-ung-dung-cua-no-trong-cuoc-song-145388 [11] “Động giảm tốc gì? Motor giảm tốc có khác so với hộp giảm tốc? Khái niệm hộp giảm tốc?”, http://www.namtrung.com.vn/document/dong-co-giam-toc-la-gi-hopgiam-toc-la-gi [12] “How Metal Detectors Work”, https://electronics.howstuffworks.com/gadgets/othergadgets/metal-detector2.htm BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO [13] “5 ứng dụng phổ biến máy dò kim loại”, http://maydopro.com/tin-tuc/chitiet/5-ung-dung-pho-bien-nhat-cua-may-do-kim-loai [14] “WiFi Access Point”, https://arduino.esp8266.vn/wifi/access-point.html#softap [15] “Internet Of Things (IoT) : cho người bắt đầu”, https://iotmakervn.github.io/iotstarter-book/#_esp8266 [16] “Design of a Beat Frequency Oscillator Metal Detector”, https://www.researchgate.net/publication/317106127_Design_of_a_Beat_Frequency_Osc illator_Metal_Detector BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 111 PHỤ LỤC PHỤ LỤC DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Từ đầy đủ BFO Beat-frequency oscillator VLF Very Low Frequency PI Pulse Induction PWM Pulse Width Modulation UART Universal Asynchronous Receiver – Transmitter Wi-fi Wireless Fidelity IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers CPU Central Processing Unit EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory 10 I/O Input/Output 11 WLAN wireless local area network 12 Tx Transmitter 13 Rx Receiver Chương trình cho vi điều khiển PIC 16F690 #include #FUSES NOWDT, hs, put, noprotect, mclr #use delay(internal= 8M) unsigned int16 soXung = 0, tanSoSoSanh = 0, tanSo = 0; unsigned int32 tong = 0; unsigned char dem = 0, demDLTS = 0; int1 enaBuzzer = 0, enaDLTS = 0; #define BUZZER pin_c7 #define SIGNAL pin_c5 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 112 PHỤ LỤC #use fast_io(a) #use fast_io(c) #INT_RA void ngat_dem_xung() { soXung = soXung + 1; } #int_timer1 void ngat1() { dem++; if(dem>=3) { tanSo = soXung; if(enaDLTS) { demDLTS++; tong = tong + tanSo; if (demDLTS == 10) { tanSoSoSanh = (tong/10) - 3; tong = 0; demDLTS = 0; enaDLTS = 0; } } if (tanSo 0) { data = Serial.read(); Serial.println(data); switch (data) { case 'F': goAhead(); break; case 'B': goBack(); break; case 'L': goLeft(); break; case 'R': goRight(); break; case '1': speedCar = 60; break; case '2': speedCar = 70; break; case '3': speedCar = 80; break; BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 120 PHỤ LỤC case '4': speedCar = 90; break; case '5': speedCar = 100; break; case 'S': stopCar(); break; } } } } void delay_s(int sec) { for(int i=0; i