Thiết kế, chế tạo, robot điêu khiển bằng điện thoại qua sóng bluetooth

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ ,CHẾ TẠO ROBOT ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN THOẠI QUA SÓNG BLUETOOTH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : Th.S ĐẶNG THÁI SƠN SINH VIÊN THỰC HIỆN : TRẦN VĂN HƯỞNG MSSV : 1051083848 LỚP : 51K2-ĐTVT NGHỆ AN-5/2016 2.2.1 Sơ đồ chân …… .… 23 2.2.2 Các thông số chung…………………………………… 23 2.2.3 Tổ chức nhớ ……………………………………… 24 2.2.4 Các cổng xuất nhập (I/O)……………………… …… .27 2.2.5 TIMER……………………27 2.3 Phương pháp điều chế xung PWM…………………… … 31 2.3.1 Điều chế PWM gì? 31 2.3.2 Nguyên lí PWM………………………………………….32 2.3.3 Điều chế xung PWM dùng vi điều khiển PIC16F887… 33 2.4 Giao tiếp PC vi điều khiển PIC16F887 ………… 35 2.4.1 Giao tiếp UART USART…………………………….35 2.4.2 Giao tiếp PC vi điều khiển PIC16F887………… 36 2.5 Cảm biến nhiệt độ………………………………………… 37 Chương 3: KẾ ROBOT ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN THOẠI QUA SÓNG BLUETOOTH …………………………………… …39 3.1 Thiết kế phần cứng………………………………………… 39 3.1.1 Sơ đồ khối……………………………………………… 39 3.1.2 Sơ đồ nguyên lý………………………………………….40 3.1.3 Các khối hệ thống………………………………….40 3.2 Thiết kế phần mềm………………………………………… 44 3.2.1 Thiết kế phần mềm điều khiển robot…………………… 44 3.3 Kết thết kế………………………………………… .47 3.4 Nguyên lý hoạt động Robot điều khiển điện thoại qua Sóng Bluetooth…………………………… …………… 47 KẾT LUẬN……………………………………………………….49 PHỤ LỤC……………………………………………………… 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………… 56 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến, giới ngày thay đổi, văn minh đại Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm bật xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động người đạt hiệu Điện tử trở thành ngành khoa học đa nhiệm vụ ứng dụng nhiều lĩnh vực đời sống có việc ứng dụng cơng nghệ ,các thiết bị tự động, nâng cao suất, chất lượng dịch vụ, giảm thiểu sức lao động người ngày trở nên phổ biến Vì chúng tơi chọn đề tài Thiết kế, chế tạo, Robot điêu khiển điện thoại qua sóng Bluetooth để thực đồ án Em xin gửi lời cám ơn đến thầy giáo Th.S: Đặng thái Sơn thầy cô, anh chị, bạn Khoa Điện tử Viễn thông giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện để em hoàn thành đề tài Tuy nhiên, trình thực đề tài mình, em chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, kính mong Q Thầy, thơng cảm góp ý thêm cho em Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Trần văn Hưởng TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án trình bày lý thuyết, thành phần công nghệ bluetoot ứng dụng công nghệ thực tế Đồ án trình bày cấu trúc vi điều khiển PIC16F887 Đồ án cúng trình bày cấu trúc, IC L298 cầu H Đồ án xây dựng hệ thống điều khiển Robot Bluetooth sử dụng vi điều khiển PIC16F887 thiêt kế, chế tạo hệ thống robot điều khiển điên thoại qua sóng Bluetooth ABSTRACT Schemes have presented theoretical , technological components and applications bluetoot of this technology in practice Blueprints also presented pic16f887 microcontroller architecture Offerings presented blueprints structure but L298 H-bridge power IC Development of the system has built in bluetooth and robot controller using pic16f887 microcontroller Designed, built robotic system controlled by the phone via Bluetooth waves DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT RO read only Chỉ đọc WORM write once, read many Ghi lần, đọc nhiều lần RW read write Ghi - đọc ID Identification Địa PIC Programmable Intelligent Computer Máy tính khả trình thơng minh I/O Input/Output Đầu vào – đầu UART Universal Asynchronous Bộ truyền – nhận liệu không Receiver – Transmitter đồng Universal Synchronous & Bộ truyền – nhận liệu đồng USART Asynchronous Receiver/Transmitter PWM Pulse wide modulation Điều chế độ rộng xung ADC Analog digital convert chuyển đổi tương tự - số DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ trang Hình 1.1 Sơ đồ chân HC_05 Hình 1.2 Cấu trúc bên IC L298 12 Hình 1.3 Hình dạng bên ngồi tên gọi chân L298………………… 13 Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H dùng BJT 15 Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H dạng 16 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H dạng hai 17 Hình 1.7 Mơ tả dạng đường tín hiệu chế độ thuận 18 Hình 1.8 Mơ tả dạng đường tín hiệu chế độ nghịch 19 Hình 2.1 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F887 22 Hình 2.2 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F887 23 Hình 2.3 Bộ nhớ chương trình PIC16F887 24 Hình 2.4 Sơ đồ nhớ liệu vi điều khiển PIC16F887……………………….25 Hình 2.5 Sơ đồ khối TIMER 28 Hình 2.6 Sơ đồ khối Timer………………………………………………… 28 Hình 2.7 Sơ đồ khối timer2…………………………………………………… 29 Hình 2.8 Dạng xung điều chế PWM………………………………………… ….31 Hình 2.9 Đồ thị dạng xung của……………………………………………….… 31 Hình 2.10 Sơ đồ chân LM35…………………………………………… 36 Hình 3.1.Sơ đồ khối hệ thống…………………………………………………… 38 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống …………………………………………… 39 Hình 3.3 Khối nguồn…………………………………………………………… 39 Hình 3.4 Module bluetooth hc_05………………………………………… … 40 Hình 3.5 Khối vi điều khiển………………………………………………………40 Hình 3.6 Khối hiển thị………………………………………………………… 41 Hình 3.7 Khối điều khiển động cơ…………………………………………… 41 Hình 3.8.Sơ đồ tht tốn phần cứng…………………………………….… ….42 Hình 3.9.Sơ đồ thuật tốn phần mềm………………………………………… .43 Hình 3.10 Bắt đầu Applnventor……………………………… ……………… 44 Hình 3.12 Code Applnventor………………………………………………… 45 Hình 3.13 Đống gói giao diện……………………………………………….… 45 Hình 4.15 Robot điều khiển điện thoại…………………………………… 46 Chương CÔNG NGHỆ BLUETOOTH VÀ IC L298 1.1 Khái quát công nghệ bluetooth Khái niệm Bluetooth Bluetooth chuẩn truyền thông không dây để trao đổi liệu khoảng cách ngắn.Chuẩn truyền thông sử dụng sóng radio ngắn(UHF radio) dải tần số ISM (2.4 tới 2.485 GHz) Khoảng cách truyền module vào khoảng 10m module sử dụng chuẩn truyền thông module HC-05 Module thiết kế dựa chip BC417 Con chip phức tạp sử dụng nhớ flash 8Mbit Nhưng việc sử dụng module hoàn toàn đơn giản nhà sản xuất tích hợp thứ cho bạn module HC-05 Module Bluetooth HC-05 chuân truyền thông dễ sử dụng SPP (Serial Port Protocol) , thiết kế cho thiết lập kết nối nối tiếp không dây suốt Nối tiếp mô-đun cổng Bluetooth đủ điều kiện Bluetooth V2.0 + EDR (Enhanced Data Rate) 3Mbps điều chế với đầy đủ thu phát 2.4GHz radio baseband Nó sử dụng CSR Bluecore hệ thống Bluetooth đơn chip 04-ngoài với cơng nghệ CMOS với AFH (Adaptive Frequency Hopping tính) Nó có dấu chân nhỏ 12.7mmx27mm Hy vọng đơn giản hóa thiết kế / chu kỳ phát triển tổng thể 1.2 Thông số kỹ thuật Các tính phần cứng nhạy -80dBm tiêu biểu Lên đến dBm RF truyền tải điện Năng lượng thấp 1.8V hoạt động, 1,8 đến 3.6V I / O kiểm sốt PIO giao diện UART với tốc độ truyền lập trình Với ăng-ten tích hợp Với kết nối cạnh Điện áp hoạt động 3.3V-5V 10 Khoảng cách thu phát khơng dây: bán kính 12 m Hỗ trợ chế độ Master, Slave,Loopback (có thể lựa chọn chế độ lệnh AT) Chế độ đặt lệnh AT từ máy tính, vi điều khiển 1.2.1 Các tính phần mềm Mặc định tốc độ truyền: 38400, liệu bit: , Stop bit: , Parity: Khơng có tính chẵn lẻ, kiểm sốt liệu: có Hỗ trợ tốc độ: 9600,19200,38400,57600,115200,230400,460800 Cho xung tăng PIO0, thiết bị bị ngắt kết nối Tình trạng cảng hướng dẫn PIO1: thấp bị ngắt kết nối, cao-kết nối; PIO10 PIO11 kết nối với màu đỏ màu xanh dẫn riêng Khi ghép nối, màu đỏ màu xanh dẫn nhấp nháy lần / 2s khoảng thời gian, bị ngắt kết nối có màu xanh vẵn nhấp nháy lần / Tự động kết nối với thiết bị điện mặc định Cho phép thiết bị ghép đôi để kết nối mặc định Tự động ghép nối PIN CODE: "0000" mặc định Tự động kết nối lại vòng 30 phút ngắt kết nối kết vượt phạm vi kết nối 1.2.2 Sơ đồ chức chân hc_05 11 Hinh 1.1 Sơ đồ chân HC_05 STT Chức Nối mass nguồn Cấp điện áp nguồn 3.3V Cấp điện áp 5V Transmit Data (Dữ liệu từ HC05 TXD truyền tới PC VĐK qua chân TXD) Receive Data (Dữ liệu từ PC RXD VĐK đến HC05 qua chân RXD) Sử dụng đặt lệnh AT, not KEY connect hoạt động thu phát Tên chân GND 3.3V 5V 1.2.3 Các chế độ hoạt động HC-05 có hai chế độ hoạt động Command Mode Data Mode Ở chế độ Command Mode ta giao tiếp với module thông qua cổng serial module tập lệnh AT quen thuộc Ở chế độ Data Mode module truyền nhận liệu tới module bluetooth khác Chân KEY dùng để chuyển đổi qua lại hai chế độ Có hai cách để bạn chuyển module hoạt động chế độ Data Mode Nếu đưa chân lên mức logic cao trước cấp nguồn module đưa vào chế độ Command Mode với baudrate mặc định 38400 Chế độ hữu ích bạn baudrate module thiết lập tốc độ Khi chuyển sang chế độ đèn led module nháy chậm (khoảng 2s) ngược lại chân KEY nối với mức logic thấp trước cấp nguồn module hoạt động chế độ Data Mode 12 Nếu module hoạt động chế Data Mode để đưa module vào hoạt động chế Module bluetooth HC05 điều khiển tập lệnh AT để thực tác vụ mong muốn Để bluetooth module chuyển từ chế độ thông thường qua điều khiển AT, ta có cách sau: + Cấp nguồn cho module bluetooth (Vcc Gnd) đồng thời cấp mức điện áp cao (=Vcc) cho chân KEY module bluetooth Khi giao tiếp tập lệnh AT với module cổng Serial (Tx Rx) với baud rate 38400 (khuyên dùng) + Cấp nguồn cho module bluetooth trước, sau cấp mức điện áp cao cho chân KEY module bluetooth Lúc bạn giao tiếp với module tập lệnh AT với baud rate 9600 Sau pair thành công với thiết bị bluetooth khác, đèn module bluetooth HC05 nhấp nháy chậm cho thấy kết nối Serial thiết lập Nguồn cung cấp cho module bluetooth nguồn từ 3.6V đến 6V Quá áp gây cháy module Ngoài module tương thích với vi điều khiển 5V mà không cần chuyển đổi mức giao tiếp 5V 3.3V nhiều loại module bluetooth khác 1.2.4 Giao tiếp vớ Module Bluetooth hc_05 Sử dụng tập lệnh AT Trong phần này, test giao tiếp với HC05 lệnh AT sử dụng phần mềm Hercules Setup Untility PC Cài đặt phần mềm Hercules Setup Untility, sau mở ứng dụng, chọn Serial, giao diện giao tiếp với cổng nối 1.2.5 Các ứng dụng công nghệ Bluetooth Bluetooth cho phép kết nối trao đổi thông tin thiết bị điện thoại di động, điện thoại cố định, máy tính xách tay, PC,máy in, thiết bị định vị dùng GPS, máy ảnh số, video game console Các ứng dụng bật Bluetooth gồm: Điều khiển giao tiếp không dây điện thoại di động tai nghe không dây Mạng không dây máy tính cá nhân khơng gian hẹp địi hỏi băng thơng 13 Khối hiển thị Khối hiển thị sử dụng text LCD 16x02 để hiển thị thông tin led đơn để báo hiệu Hình 3.6 Khối hiển thị Khối điều khiển động Thực chức điều khiển chiều tốc độ động thơng qua tín hiệu điều khiển từ VĐK Hình 3.7 Khối điều khiển động 44 Sơ đồ thuật toán phần cứng Begin Khởi tạo Đọc giá trị nhiệt từ mơi Trường Chờ tín hiệu điều khiển Gửi giá trị nhiệt độ lên điện Thoại Điều khiển động hoạt Động Hình 3.8 Sơ đồ thuât toán phần cứng 45 3.2.1 Thiết kế phần mềm Sơ đồ thuật toán phần mềm Begin Kết nối thiết bị bluetooth Gửi tín hiệu điều khiển robot Nhận giá trị nhiệt độ Hiển thị nhiệt độ Ngắt Kết nối End Hình 3.9 Sơ đồ thuật tốn phần mềm 3.2.2 Thiết kế phần mềm điều khiển Robot Thiết kế chương trình điều khiển Robot Android Thiết kế phần mềm điều khiển Applnventor 46 Bắt đầu Hình 3.10 Bắt đầu Applnventor Tạo giao diện Hình 3.11 Tạo giao diện 47 Code Applnventor Hình 3.12 Code Applnventor Đống gói Hình 3.13 Đống gói giao diện 48 3.3 Kết thết kế Thết kế ,chế tạo đươc mạch thật điều khiển robot điên thoại qua sóng Bluetooth hệ điều hành Android Hình 4.15 Robot điều khiển điện thoại 3.4 Nguyên lý hoạt động Robot điều khiển điện thoại qua sóng Bluetooth Sử dụng Smartphone điều khiển Robot mơ hình thông qua Module Bluetooth HC_05 Trong ứng dụng này, module HC05 hoạt động chế độ kết nối tự động (không kết 49 nối chân 34 KEY) Để giao tiếp với module sử dụng ứng dụng Bluetooth SPP android Khi chạy, ứng dụng tự động tìm kiếm địa module HC05 Bạn phải nhập mật để kết nối với module, mặc định mật HC05 "1234" đặt lại mật cho module lệnh AT sau chọn chế độ Keyboard mode thiết lập phím điều khiển sau: - tiến – send value: - lùi – send value: - phải – send value: - trái – send value: - dừng– send value: Khi ấn phím, điện thoại truyền mã tương ứng qua Bluetooth đến module HC05 sử dụng vi điều khiển pic 16F887 để nhận mã tiến hành điều khiển động thực chức tương ứng phím Kết nối module với vi điều khiển sau: -TX module RX 16F887 -RX module TX 16F887 Mạch điều khiển động sử dụng module L298 50 KẾT LUẬN Sau khoảng thời gian nghiên cứu, tìm tịi đồ án “Thiết kế, chế tạo hệ thống điêu khiển Robot điên thoại qua Bluetooth hoàn thành hoạt động thành cơng Hồn thành đồ án em hiểu kiến thức công nghệ bluetooth ứng dụng công nghệ này, cấu trúc phần cứng nguyên tắc hoạt động vi điều khiển PIC16F887 Cách thiết kế phần mềm đơn giản với phần mềm Appinventor Robot hoạt động ổn định có thêm hệ thống cảm biến nhiệt độ 51 PHỤ LỤC Phụ luc cho vi điều khiển pic 16F887 #include //KHAI BAO DUNG FILE HO TRO #device *=16 ADC=10 #FUSES NOWDT //No Watch Dog Timer #FUSES HS //High speed Osc (> 4mhz for PCM/PCH) (>10mhz for PCD) #FUSES NOPUT //No Power Up Timer #FUSES MCLR //Master Clear pin enabled #FUSES NOPROTECT #FUSES NOCPD //Code not protected from reading //No EE protection #FUSES NOBROWNOUT #FUSES IESO //No brownout reset //Internal External Switch Over mode enabled #FUSES FCMEN //Fail-safe clock monitor enabled #FUSES NOLVP //No low voltage prgming, B3(PIC16) or B5(PIC18) used for I/O #FUSES NODEBUG //No Debug mode for ICD #FUSES NOWRT //Program memory not write protected #FUSES BORV40 //Brownout reset at 4.0V #FUSES RESERVED //Used to set the reserved FUSE bits #USE delay(clock=20000000) //khai bao tan so thach anh #use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7) // dinh nghia COM #use fast_io(b) #use fast_io(d) #use fast_io(c) #byte PORTA =0x05 #byte PORTB =0x06 #byte PORTC =0x07 52 #byte PORTD =0x08 #byte PORTE =0x09 #byte TRISB =0x86 #byte TRISC =0x87 #byte TRISD =0x88 #bit rb7 =0x06.7 #bit rb6 =0x06.6 #bit rb5 =0x06.5 #bit rb4 =0x06.4 #bit rb3 =0x06.3 #bit rb2 =0x06.2 #bit rb1 =0x06.1 #bit rb0 =0x06.0 #bit rC7 =0x07.7 #bit rC6 =0x07.6 #bit rC5 =0x07.5 #bit rC4 =0x07.4 #bit rC3 =0x07.3 #bit rC2 =0x07.2 #bit rC1 =0x07.1 #bit rC0 =0x07.0 #bit rD7 =0x08.7 #bit rD6 =0x08.6 #bit rD5 =0x08.5 #bit rD4 =0x08.4 #bit rD3 =0x08.3 #bit rD2 =0x08.2 //#bit rD1 =0x08.1 53 //#bit rD0 =0x08.0 #bit EN1 =0x08.0//chan D0 D1 lam chan enable cho dong co quay #bit EN2 =0x08.1 #bit trisc7 =0x87.7 #bit trisc6 =0x87.6 #define AN0 0x0E // A0 #define tocdo1 100 // toc 1/10 #define tocdo2 150 // toc 2/10 #define tocdo3 200 // toc 3/10 #define tocdo4 250 // toc 4/10 #define tocdo5 300 // toc 5/10 #define tocdo6 350 // toc 6/10 #define tocdo7 400 // toc 7/10 #define tocdo8 450 // toc 8/10 #define tocdo9 500 // toc 10/10 #include int16 pwm=0; int value; char data,sent; #int_RDA //khai bao ngat nhan du lieu rs232 void ngat_RDA() { data=getchar(); //nhan du lieu la dang ki tu } void chaydua() { if (data=='1') {pwm=87; set_pwm1_duty(pwm); 54 set_pwm2_duty(0); RC5=RC2; RD3=RC2; RC4=0; RD2=0; EN1=1; EN2=1; } else if(data=='2') {pwm=87; set_pwm1_duty(pwm); set_pwm2_duty(0); RC5=0; RD3=0; RC4=RC2; RD2=RC2; EN1=1; EN2=1; } else if(data=='3') { pwm=100; set_pwm1_duty(pwm); set_pwm2_duty(0); RC5=RC2;RD2=RC2; RC4=0; RD3=0; EN1=1; EN2=1; } else if(data=='4') {pwm=100; set_pwm1_duty(pwm); set_pwm2_duty(0); RC5=0; RD2=0; RC4=RC2; RD3=RC2; EN1=1; EN2=1; } else if(data=='0') {RC5=0; RD2=0; RC4=0; RD3=0; EN1=0; EN2=0; 55 } } void main() { enable_interrupts(int_RDA); enable_interrupts(global); setup_ccp1(ccp_pwm); setup_ccp2(ccp_pwm); setup_timer_2(T2_DIV_BY_4,124,1); // tao bo timer2 co chu ki xung 0.1ms set_pwm1_duty(0); set_pwm2_duty(0); setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_2); setup_adc(ADC_CLOCK_internal); setup_adc_ports(an0); set_adc_channel(0); delay_us(10); set_tris_b(0x00); set_tris_d(0x00); set_tris_c(0x80); //c7 nhan du lieu //trisc6=0; //trisc7=1; //PORTB=0; portc=0; pwm=0; EN1=0; EN2=0; lcd_init (); lcd_cmd(0x01); //xoa man hinh LCD LCD_Cmd(0x80); //den vi tri thu dong LCD_Char("DO AN TOT NGHIEP"); LCD_Cmd(0xC0); //den vi tri thu dong LCD_Char(" TRAN VAN HUONG"); delay_ms(1000); while(1) { value=read_adc(); value=value/2.048; delay_ms(100); lcd_cmd(0x01); //xoa man hinh LCD LCD_Cmd(0x80); //den vi tri thu dong LCD_Char("DO NHIET DO "); LCD_Cmd(0xC0); printf(lcd_char,"T = %u",value); 56 lcd_char(" 'C"); printf("%u",value); //gui du lieu qua bluetooth chaydua(); delay_ms(1000); } } 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] Đỗ Xuân Thụ, Kỹ thuật mạch điện tử, Nhà xuất giáo dục năm 1997 [2] Tiêu Kim Cương, Giáo trình lập trình, NXB Thống Kê năm 2002 [3] Phạm Minh Hà, Kĩ thuật mạch, Nhà xuất khoa học kỹ thuật năm 1997 Tài liệu website [7] https://www.google.com.vn/ [8] http://www.picvietnam.com/ [9] http://dientuvietnam.net 58 ... ,chế tạo đươc mạch thật điều khiển robot điên thoại qua sóng Bluetooth hệ điều hành Android Hình 4.15 Robot điều khiển điện thoại 3.4 Nguyên lý hoạt động Robot điều khiển điện thoại qua sóng Bluetooth. .. động ngắt điện nhiệt độ vượt ngưỡng tối đa, đóng điện nhiệt độ thấp ngưỡng tối thiểu thông qua module rơ le 40 Chương THIẾT KẾ ROBOT ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN THOẠI QUA SÓNG BLUETOOTH 3.1 Thiết kế... ,các thiết bị tự động, nâng cao suất, chất lượng dịch vụ, giảm thiểu sức lao động người ngày trở nên phổ biến Vì chúng tơi chọn đề tài Thiết kế, chế tạo, Robot điêu khiển điện thoại qua sóng Bluetooth