Lập trình arduino và scratch cho học sinh với mô hình điều khiển xe thông qua kết nối bluetooth bằng smartphone và máy tính

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA TIN HỌC HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN : PHÙNG THỊ NGỌC NHI Lớp sinh hoạt : 15SPT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài LẬP TRÌNH ARDUINO VÀ SCRATCH CHO HỌC SINH VỚI MƠ HÌNH ĐIỀU KHỂN XE THƠNG QUA KẾT NỐI BLUETOOTH BẰNG SMARTPHONE VÀ MÁY TÍNH Người hướng dẫn: TRẦN VĂN HƯNG Đà Nẵng, tháng 04 năm 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA: TIN HỌC Độc Lập-Tự Do-Hạnh Phúc Đà Nẵng, ngày 04 tháng 04 năm 2019 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: LẬP TRÌNH ARDUINO VÀ SCRATCH CHO HỌC SINH VỚI MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN XE THƠNG QUA KẾT NỐI BLUETOOTH BẰNG SMARTPHONE VÀ MÁY TÍNH Sinh viên thực : Phùng Thị Ngọc Nhi Lớp : 15SPT Giảng viên hướng dẫn : Trần Văn Hưng SVTH: Phùng Thị Ngọc Nhi – 15 SPT Báo cáo khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất, lời tri ân sâu sắc đến thầy cô khoa Tin học trường Đại học Sư phạm Đại học Đà Nẵng tận tình dạy cho tơi chặng đường bốn năm học trường Cảm ơn thầy cô truyền đạt cho kiến thức quý báu chặng đường qua Đặc biệt, vô biết ơn thầy Trần Văn Hưng, người tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình làm luận văn Xin cảm ơn thầy ln động viên, giúp đỡ, khuyến khích tơi vượt qua khó khăn q trình thực Cảm ơn thầy không ngại thời gian cơng sức giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn gia đình, với bạn bè lớp 15SPT ln kề vái sát cánh bốn năm học trình làm luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng để thực đề tài cách hoàn chỉnh nhất, thời gian có hạn, trình độ kỹ nghiên cứu cịn nhiều hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận đóng góp ý kiến bổ sung quý thầy cô để báo cáo khóa luận hồn chỉnh Tơi xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực Phùng Thị Ngọc Nhi GVHD: Trần Văn Hưng Báo cáo khóa luận tốt nghiệp SVTH: Phùng Thị Ngọc Nhi – 15 SPT MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC .2 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU .10 LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI 10 1.1 Lí khách quan 10 1.2 Lí chủ quan 10 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 11 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU .11 KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 11 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .11 5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 11 5.2 Phương pháp thực nghiệm 12 PHẠM VI NGHIÊN CỨU .12 DỰ KIẾN BỐ CỤC BÀI NGHIÊN CỨU .12 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN 16 1.1 TỔNG QUAN VỀ ARDUINO VÀ CÁC HỌ CỦA ARDUINO 16 1.1.1 Tổng quan Arduino 16 1.1.1.1 Khái niệm chung Arduino 16 1.1.1.2 Quá trình phát triển .16 1.1.1.3 Môi trường phát triển tích hợp (IDE) 18 1.1.2 Arduino UNO R3 20 1.1.2.1 Giới thiệu tổng quát 20 1.1.2.2 Các số lưu ý .21 1.1.2.3 Đặc điểm .22 1.1.3 Module điểu khiển động L293D 25 1.1.3.1 Giới thiệu Motor Driver Shield L293D 25 1.1.3.2 Các thành phần Motor Driver Shield L293D .25 GVHD: Trần Văn Hưng Báo cáo khóa luận tốt nghiệp SVTH: Phùng Thị Ngọc Nhi – 15 SPT 1.1.3.3 Cách kết nối Shield với board Arduino .26 1.2 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH SCRATCH VÀ PHẦN MỀM TÍCH HỢP MBLOCK 26 1.2.1 Giới thiệu ngơn ngữ lập trình Scratch 26 1.2.1.1 Tư máy tính 26 1.2.1.2 Tổng quan Scratch 27 1.2.2 Phần mền tích hợp mBlock 28 1.2.2.1 Giới thiệu mBlock .28 1.2.2.2 Giới thiệu giao diện mBlock 28 1.2.2.3 Phân loại nhóm lệnh điều khiển nhân vật 31 1.3 CÔNG NGHỆ KHÔNG GIÂY BLUETOOTH 34 1.3.1 Khái niệm 34 1.3.2 Đặc điểm công nghệ Bluetooth 34 1.3.2.1 Ưu điểm 34 1.3.2.2 Nhược điểm 35 1.3.3 Hoạt động 35 1.3.4 Lịch sử phát triển 35 1.3.5 Module Bluetooth HC-05 36 1.3.5.1 Giới thiệu module HC-05 36 1.3.5.2 Đặc điểm kỹ thuật .37 1.3.5.3 Đặc điểm phần cứng 37 1.3.5.4 Các chế độ hoạt động 38 1.3.5.5 Tập lệnh AT 39 1.4 SMART PHONE 39 1.4.1 Khái niệm “điện thoại”, “điện thoại di động”, “điện thoại thông minh” 39 1.4.2 Những đặc điểm ưu việt điện thoại thông minh 40 1.5 MÁY TÍNH 41 1.5.1 Giới thiệu chung máy tính 41 1.5.1.1 Giới thiệu tổng quát 41 1.5.1.2 Chức phần cứng phần mềm máy tính 42 1.5.1.3 Sơ đồ hệ thống máy tính 43 1.5.2 Giới thiệu chung hệ điều hành 44 1.5.2.1 Khái niệm 44 GVHD: Trần Văn Hưng Báo cáo khóa luận tốt nghiệp SVTH: Phùng Thị Ngọc Nhi – 15 SPT 1.5.2.2 Chức chủ yếu hệ điều hành 44 1.5.2.3 Nhiệm vụ hệ điều hành 45 1.5.3 Thiết bị Bluetooth Windows – Bluetooth Software 46 1.5.3.1 Khái niệm Bluetooth Software 46 1.5.3.2 Vai trò Bluetooth Software 47 1.5.3.3 Các tính Bluetooth Software .49 1.5.4 BlueStacks 50 Kết luận chương 51 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN XE THƠNG QUA KẾT NỐI BLUETOOTH BẰNG SMARTPHONE VÀ MÁY TÍNH 52 2.1 PHẦN CỨNG 52 2.1.1 Khối xử lý 52 2.1.2 Khối nguồn 53 2.1.3 Khối driver động 53 2.2 PHẦN MỀM 54 2.2.1 Thuật toán để điều khiển xe Bluetooth 54 2.2.2 Thiết lập block phần mềm mBlock để điều khiển xe .55 2.2.2.1 Phân tích block .55 2.2.2.2 Thiết lập block 63 2.2.2.3 Tích hợp Arduino mBlock 64 2.2.2.4 Mơ hình block phần mềm mBlock để điều khiển xe .68 2.2.3 Phần mềm hiển thị điều khiển mơ hình 68 2.2.3.1 Giao diện phần mềm 68 2.2.3.2 Ký tự Robot nhận từ App Arduino Bluetooth RC Car 69 2.2.4 Khối xử lý trung tâm Arduino 71 Kết luận chương 72 CHƯƠNG 3: CÀI ĐẶT, MÔ PHỎNG 73 3.1 CÀI ĐẶT PHẦN MỀM .73 3.1.1 Cài đặt cho smartphone .73 3.1.2 Cài đặt cho máy tính 73 3.2 THIẾT LẬP BLUETOOTH CHO THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VỚI ROBOT .74 3.3 MÔ HÌNH THỰC TẾ 76 GVHD: Trần Văn Hưng Báo cáo khóa luận tốt nghiệp SVTH: Phùng Thị Ngọc Nhi – 15 SPT Kết luận chương 76 HƯỚNG NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .77 KẾT LUẬN CHUNG 78 PHỤ LỤC 79 CHƯƠNG TRÌNH ARDUINO ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ .79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 GVHD: Trần Văn Hưng Báo cáo khóa luận tốt nghiệp SVTH: Phùng Thị Ngọc Nhi – 15 SPT DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT VIẾT ĐẦY ĐỦ VIẾT TẮT HS học sinh GV giáo viên CNTT công nghệ thông tin PPDH phương pháp dạy học ĐTDĐ điện thoại di động ĐTTM điện thoại thông minh Personal Digital Assistant – Thiết PDA bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân thường ERD Entity – Relationship Model HS High Speed 10 DIR Direction – Hướng 11 PWM Pulse Width Modulation - Xung Universal Synchronous & Asynchronous serial Reveiver and 12 USART Transmitter, nghĩa truyền nhận nối tiếp đồng không đồng 13 IO GVHD: Trần Văn Hưng Input - Output Báo cáo khóa luận tốt nghiệp SVTH: Phùng Thị Ngọc Nhi – 15 SPT DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Arduino UNO 20 Hình 1.2 Sơ đồ chân UNO R3 23 Hình 1.3 Motor Shield Driver L293D mặt mặt 25 Hình 1.4 Giao diện mBlock 28 Hình 1.5 Khung điều khiển phần mền mBlock 29 Hình 1.6 Khu vực tạo nhân vật phần mềm mBlock 30 Hình 1.7 Khu vực tạo sân khấu, phần mềm mBlock 30 Hình 1.8 Khu vực tạo âm phần mềm mBlock 31 Hình 1.9 Robots phần Arduino 32 Hình 1.10 Operators phần Arduino 32 Hình 1.11 Controls phần Arduino 33 Hình 1.12 Data&Blocks phần Arduino 33 Hình 1.13 Khả kết nối thiết bị qua Bluetooth 35 Hình 1.14 Module kết nối Bluetooth HC-05 36 Hình 1.15 Sơ đồ chân Bluetooth HC-05 37 Hình 1.16 Điện thoại di động điện thoại thông minh 40 Hình 1.17 Hệ thống máy vi tính thường sử dụng 41 Hình 1.18 Các thành phần máy vi tính 42 Hình 1.19 Sơ đồ hệ thống máy tính 43 Hình 1.20 Giao diện tải Bluetooth Software 46 Hình 1.21 Thiết lập cài đặt Bluetooth Software 48 Hình 1.22 Biểu tượng BlueStacks 50 Hình 1.23 Ví dụ chơi game BlueStacks 50 Hình 2.1 Sơ đồ khối tổng quát 52 Hình 2.2 Kết nối Arduino với HC-05 52 Hình 2.3 Khối nguồn ni 53 Hình 2.4 Khối Driver động 53 Hình 2.5 Thuật toán điều khiển robot Bluetooth 52 Hình 2.6 Các lệnh chuyển động đơn giản 55 Hình 2.7 Các lệnh chuyển động phức tạp 55 Hình 2.8 Các lệnh thay đổi ngoại hình 56 GVHD: Trần Văn Hưng ... gồm: Phần cài đặt để kết nối Bluetooth với xe Điều khiển xe tới Điều khiển xe lùi Điều khiển xe rẽ trái Điều khiển xe rẽ phải Dựa vào người lập trình kết nối sau điều khiển xe theo ý muốn 2.2.3.2... trường lập trình kéo thả hướng nhân vật - Scratch, mơi trường lập trình Arduino Chọn cổng COM kết nối với máy tính (Arduino – máy tính) Chọn board Arduino Hình 2.29 Các bước thực để tích hợp Arduino. .. khăn với nỗ lực thân giúp đỡ tận tình thầy giáo Trần Văn Hưng Cho đến đề tài tơi hồn thành Từ kết nghiên cứu đạt đề tài: “LẬP TRÌNH ARDUINO VÀ SCRATCH CHO HỌC SINH VỚI MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN XE THÔNG