ĐỀ tài ỨNG DỤNG VI điều KHIỂN THIẾT kế mô HÌNH XE điều KHIỂN từ XA QUA BLUETOOTH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO  BÁO CÁO ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN THIẾT KẾ MƠ HÌNH XE ĐIỀU KHIỂN TỪ XA QUA BLUETOOTH Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Phan Thanh Sinh viên thực MSSV Trần Lưu Phúc Hòa 16151027 Nguyễn Hải Phong 16151061 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 ĐIỂM SỐ TIÊU CHÍ NỘI DUNG BỐ CỤC TRÌNH BÀY TỐNG ĐIỂM NHẬN XÉT Ký tên TS Nguyễn Phan Thanh Mục lục Chương 1: Tổng Quan Đề Tài Nghiên Cứu 1.1 Giới thiệu đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Nội dung nghiên cứu Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết 2.1 Tìm hiểu chuẩn kết nối Bluetooth 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Đặc điểm công nghệ Bluetooth 2.2 Phương pháp điều khiển động sử dụng ic cầu H L293D 2.2.1 Cầu H 2.2.3 Vi điều khiển Chương 3: Thiết Kế Phần Cứng, Lựa Chọn Linh Kiện 3.1 Yêu cầu thiết kế 3.2 Sơ đồ khối hệ thống 3.3 Lựa chọn linh kiện 3.3.1 Động 3.3.2 Mạch cầu H điều khiển động L293D 3.3.3 Kit STM32F407VET6 Arm Cortex-M4 3.3.4 Module Bluetooth HC-05 Chương 4: Thiết Kế Phần Mềm, Thuật Toán Điều Khiển 4.1 Lưu đồ điều khiển hệ thống 4.2 Tìm hiểu ic L293D phương pháp điều khiển động qua mạch cầu H L293D 4.2.1.Sơ đồ chân IC L293D 4.2.2.Cách sử dụng ic L293D 10 4.3 Ngơn ngữ lập trình 11 4.4 Giao diện điều khiển 12 Chương 5: Thi Công Và Lắp Đặt 13 5.1.Mơ hình xe điều khiển 13 5.2 Thiết kế giao diện điều khiển thông qua AppInventor 13 Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển 14 6.1 Kết đạt 14 6.2 Hướng phát triển 14 Chương 7: Lời Cám Ơn 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO 16 Chương 1: Tổng Quan Đề Tài Nghiên Cứu 1.1 Giới thiệu đề tài Trong năm qua, khoa học máy tính xử lý thơng tin có bước tiến vượt bậc ngày có đóng góp to lớn vào cách mạng khoa học kỹ thuật đại Đặc biệt đời phát triển nhanh chóng kỹ thuật số làm cho ngành điện tử trở nên phong phú đa dạng Nó góp phần lớn việc đưa kỹ thuật đại thâm nhập rộng rãi vào lĩnh vực hoạt động sản xuất, kinh tế đời sống xã hội Từ hệ thống máy tính lớn đến hệ thống máy tính cá nhân, từ việc điều khiển máy công nghiệp đến thiết bị phục vụ đời sống ngày người Trong hệ thống đó, việc trao đổi thơng tin vơ quan trọng Công nghệ truyền tin không dây ngày phát triển, đặc biệt công nghệ Bluetooth phổ biến hầu hết thiết bị điện tử di động Nhằm ứng dụng kiến thức môn học Vi xử lý vào thực tế, nhóm lựa chọn đề tài “Ứng dụng vi điều khiển thiết kế mơ hình xe điều khiển từ xa qua bluetooth” Nội dung hệ thống thiết kế mơ hình xe điều khiển khơng dây qua bluetooth sử dụng mô-đun thu phát bluetooth HC-05 vi điều khiển STM32F407VET6 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế chế tạo mơ hình xe điều khiển từ xa qua bluetooth 1.3 Nội dung nghiên cứu Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Thiết kế phần cứng, lựa chọn linh kiện Chương 4: Thiết kế phần mềm, thuật tốn điều khiển Chương 5: Thi cơng lắp đặt Chương 6: Kết luận hướng phát triển Trang | Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết 2.1 Tìm hiểu chuẩn kết nối Bluetooth 2.1.1 Giới thiệu Bluetooth công nghệ cho phép truyền thông thiết bị với mà không cần dây dẫn Nó chuẩn điện tử, điều có nghĩa hãng sản xuất muốn có đặc tính sản phẩm họ phải tuân theo yêu cầu chuẩn cho sản phẩm Những tiêu chuẩn kỹ thuật đảm bảo cho thiết bị nhận tương tác với sử dụng công nghệ Bluetooth Ngày phần lớn nhà máy sản xuất thiết bị có sử dụng công nghệ Bluetooth Các thiết bị gồm có điện thoại di động, máy tính thiết bị hỗ trợ cá nhân PDA (Prosonal Digital Assistant) Công nghệ Bluetooth công nghệ dựa tần số vô tuyến thiết bị có tích hợp bên cơng nghệ truyền thông với thiết bị khác với khoảng cách định cự ly để đảm bảo công suất cho việc phát nhận sóng Cơng nghệ thường sử dụng để truyền thông hai loại thiết bị khác Ví dụ: Bạn hoạt động máy tính với bàn phím khơng dây, sử dụng tai nghe khơng dây để nói chuyện điện thoại di động bạn bổ sung thêm hẹn vào lịch biểu PDA người bạn từ PDA bạn 2.1.2 Đặc điểm công nghệ Bluetooth 2.1.2.1 Ưu điểm Tiêu thụ lượng thấp Cho phép ứng dụng nhiều loại thiết bị bao gồm thiết bị cầm tay điện thoại di động Giá thành ngày giảm Khoảng cách giao tiếp cho phép hai thiết bị kết nối lên đến 100m Bluetooth sử dụng băng tần 2.4GHz, tốc độ truyền liệu đạt tới mức tới đa 1Mbps mà thiết bị không cần phải trực tiếp thấy Trang | Dễ dàng việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối ứng dụng với ứng dụng khác thông qua chuẩn Bluetooth, độc lập phần cứng hệ điều hành sử dụng Tính tương thích cao, nhiều nhà sản xuất phần cứng phần mềm hỗ trợ 2.1.2.2 Nhược điểm Khoảng cách kết nối cịn ngắn so với cơng nghệ mạng khơng dây khác Chỉ kết nối hai thiết bị với nhau, không kết nối thành mạng 2.1.2.3 Hoạt động Bluetooth chuẩn kết nối không dây tầm ngắn, thiết kế cho kết nối thiết bị cá nhân hay mạng cục nhỏ phạm vi băng tần từ 2.4GHz đến 2.485GHz Bluetooth thiết kế hoạt động 79 tần số đơn lẻ Khi kết nối, tự động tìm tần số tương thích để di chuyển đến thiết bị cần kết nối khu vực nhằm đảm bảo liên tục 2.2 Phương pháp điều khiển động sử dụng ic cầu H L293D 2.2.1 Cầu H Mạch cầu H cấu tạo transitor Fet Đôi mạch cầu H cấu tạo transitor hay Fet Tác dụng transitor Fet van đóng mở dẫn dịng điện từ nguồn xuống tải với cơng suất lớn Tìn hiệu điều khiển van tín hiệu nhỏ (điện áp hay dòng điện) cho dẫn dòng điện áp lớn để cung cấp cho tải Tín hiệu điều khiển thường tín hiệu đầu vi điều khiển nhỏ (do điều chế PWM) mà điều khiển động cần dòng điện điện áp lớn Các van điều khiển hay chân điều khiển cần tín hiệu nhỏ (Điện áp hay dịng điện) mở khóa (Transitor) dẫn dịng cho tải Mạch cầu H đảo chiều dịng điện qua tải hay dùng mạch điều khiển động DC mạch băm áp Đối với mạch điều khiển động Trang | mạch cầu H đảo chiều động đơn giản Chỉ cần mở khóa van chiều mà muốn 2.2.3 Vi điều khiển Vi điều khiển hệ thống nhúng khép kín với thiết bị ngoại vi, xử lý nhớ Vi điều khiển, thực chất, hệ thống bao gồm vi xử lý có hiệu suất đủ dùng giá thành thấp (khác với vi xử lý đa dùng máy tính) kết hợp với khối ngoại vi nhớ, module vào/ra, module biến đổi số sang tương tự tương tự sang số Có nhiều loại vi điều khiển lập trình khác nhau, chủ yếu chúng phân loại lập trình chuyên sâu theo số thông số bản, bao gồm Bits, kích thước Flash, kích thước nhớ RAM, số lượng dòng đầu vào / đầu ra, loại bao bì, cung cấp điện áp tốc độ Các họ vi điều khiển như: họ vi điều khiển AMCC; họ vi điều khiển Atmel, họ vi điều khiển Microchip; họ vi điều khiển Intel …… Đặc tính bậc vi xử lý: - Sử dụng cơng nghệ tích hợp cao RICSC CPU - Người sử dụng lập trình với câu lệnh đơn giản - Tất câu lệnh thực chu kì ngoại trừ số lệnh rẽ nhánh thực chu kì - Tốc độ hoạt động cao Trang | Chương 3: Thiết Kế Phần Cứng, Lựa Chọn Linh Kiện 3.1 Yêu cầu thiết kế Xe nhận tín hiệu gửi từ điện thoại di chuyển theo yêu cầu điều khiển 3.2 Sơ đồ khối hệ thống Module HC05 Vi điều khiển Mạch điều khiển Động 3.3 Lựa chọn linh kiện 3.3.1 Động -Điện áp hoạt động: 3-6VDC -Dòng điện tiêu thụ: 110-200mA -Tỉ số truyền: 1:48 -6V ≤200mA 200 ± 10% vòng / phút -3V ≤150mA 90 ± 10% vòng / phút Hình 3.3.1 Động Trang | 3.3.2 Mạch cầu H điều khiển động L293D - ic cầu h l293d hoàn chỉnh với chế độ bảo vệ ic logic 74hc595 để điều khiển động - Module L293D điều khiển nhiều loại motor khác step motor, servo motor, motor dc, với mức áp lên đến 36v, dòng tối đa 600ma cho kênh điều khiển Hình 3.3.2 Mạch cầu H L293D 3.3.3 Kit STM32F407VET6 Arm Cortex-M4 - Vi điều khiển: STM32F407VET6 (32 bit) - Điện áp hoạt động: 1.8-3.3VDC - Tần số hoạt động: 168MHz - Điện áp vào khuyên dùng: 3.3-5 VDC - Số chân I/O: 82 - Số kênh Analog: 16 - Bộ nhớ FLASH: 512KB - SRAM: 192+4KB Hình 3.3.3 Kit STM32F407VET6 Trang | 3.3.4 Module Bluetooth HC-05 - Điện áp hoạt động: 3.3 - 5V - Dòng điện hoạt động: Pairing 30 mA, sau pairing hoạt động truyền nhận bình thường mA - Baudrate UART chọn được: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 Hình 3.3.4 Module HC-05 Trang | Chương 4: Thiết Kế Phần Mềm, Thuật Toán Điều Khiển 4.1 Lưu đồ điều khiển hệ thống Start Khởi tạo Đợi nhận tín hiệu từ module Bluetooth S Đ Mạch điều khiển động Hình 4.1 Lưu đồ thuật tốn Trang | 4.2 Tìm hiểu ic L293D phương pháp điều khiển động qua mạch cầu H L293D Hình 4.2.1 L293D 4.2.1 Sơ đồ chân IC L293D Enable 1,2 Chân cho phép (enable) chân ngõ vào Input 1(2) Input 2(7) Input Output Kết nối đến đầu động 4,5 Ground Chân nối đất Output Kết nối đến đầu lại động Input Vcc2(Vs) Cung cấp điện áp yêu cầu thiết bị ngoại vi Enable 3,4 Chân cho phép (enable) chân ngõ vào Input 3(10) Input 4(15) 10 Input Điều khiển trực tiếp chân Output Điều khiển mạch kỹ thuật số 11 Output Kết nối đến đầu động 14 Output Kết nối đến đầu lại động 15 Input 16 Vcc1(Vss) Điều khiển trực tiếp chân Output Điều khiển mạch kỹ thuật số Điều khiển trực tiếp chân Output Điều khiển mạch kỹ thuật số Điều khiển trực tiếp chân Output Điều khiển mạch kỹ thuật số Cung cấp điện áp cho ic hoạt động Trang | 4.2.2 Cách sử dụng ic L293D Sử dụng IC điều khiển động L293D đơn giản IC hoạt động theo nguyên tắc mạch cầu H Mạch cho thấy hoạt động IC Hình 4.2.2 phương pháp điều khiển động ic L293D Tất chân Ground (GND) phải nối đất IC có chân nguồn, Vss (Vcc1) cung cấp điện áp cho IC hoạt động, chân phải kết nối với + 5V Chân lại Vs (Vcc2) cung cấp điện áp cho động chạy, dựa thơng số kỹ thuật động kết nối chân với điện áp khoảng từ 4,5V đến 36V, kết nối với + 12V Các chân Enable (Enable 1,2 Enable 3,4) sử dụng phép (Enable) chân ngõ vào cho động động tương ứng Vì hầu hết trường hợp, ta sử dụng hai động cơ, hai chân giữ mức cao theo mặc định cách kết nối với nguồn + 5V Các chân ngõ vào Input 1,2 sử dụng để điều khiển động Input 3,4 sử dụng để điều khiển động Các chân đầu vào kết nối với mạch Kỹ thuật số vi điều khiển để điều khiển tốc độ hướng động Trang | 10 Input = HIGH(5v) Output = HIGH Động quay Input = LOW(0v) Output = LOW chiều kim đồng hồ Input = HIGH(5v) Output = HIGH Động quay Input = LOW(0v) Output = LOW chiều kim đồng hồ Input = LOW(0v) Output = LOW Động quay ngược Input = HIGH(5v) Output = HIGH chiều kim đồng hồ Input = LOW(0v) Output = LOW Động quay ngược Input = HIGH(5v) Output = HIGH chiều kim đồng hồ Hình 4.2.3 Sơ đồ nối dây động 4.3 Ngơn ngữ lập trình Chương trình giao tiếp với STM32F407VET6 viết ngôn ngữ lập trình C Ngơn ngữ ngơn ngữ thơng dụng C ngơn ngữ có hiệu ưa chuộng để viết phần mềm hệ thống, dùng cho việc viết ứng dụng Trang | 11 4.4 Giao diện điều khiển Để điều khiển mơ hình từ xa thơng qua Bluetooth, phải có ứng dụng động nhóm chọn thiết kế giao diện điều khiển chương trình AppInventor Dựa ý tưởng “Những bạn thấy bạn có” (WYSIWYG What you see is what you get), App Inventor giúp dễ dàng tiếp cận xây dựng ứng dụng Android Với giao diện trực quan, dễ hiểu, cho phép truy cập đến chức điện thoại kể GPS, công cụ giúp cho sưu tập ứng dụng Android ngày dồi phong phú Trang | 12 Chương 5: Thi Công Và Lắp Đặt 5.1.Mơ hình xe điều khiển 5.2 Thiết kế giao diện điều khiển thông qua AppInventor Trang | 13 Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển 6.1 Kết đạt Qua nhiều tháng nghiên cứu thực đề tài, hướng dẫn thầy Nguyễn Phan Thanh, nhóm hồn thiện đồ án “Ứng dụng vi điều khiển thiết kế mơ hình xe điều khiển từ xa qua bluetooth” Qua đồ án này, nhóm nắm vấn đề sau: - Phương pháp điều khiển động sử dụng IC cầu H L293D - Cách sử dụng Module HC-05 - Nắm rõ giao tiếp Bluetooth - Thực viết ứng dụng Android - Thực kết nối trao đổi liệu điện thoại STM32F407VET6 qua module Bluetooth - Tìm hiều bo mạch STM32F407VET6 - Thiết kế mạch điện cho xe Nhưng mặt hạn chế sau: - Mơ hình cồng kềnh chưa tốt mặt thẩm mĩ 6.2 Hướng phát triển - Ứng dụng mơ hình vào thực tế cơng nghiệp, xây dựng dân dụng, dùng làm loại xe thăm dị - Tích hợp thêm nhiều chức cho xe như: truyền hình ảnh, đo nhiệt độ, độ ẩm, khoảng cách vật cản, đo độ nghiêng - Phản hồi cố thiết bị cầm tay - Ứng dụng công nghệ Bluetooth vào hệ thống khác Trang | 14 Chương 7: Lời Cám Ơn Nhóm em xin chân thành cám ơn thầy Nguyễn Phan Thanh tạo điều kiện tốt để đề tài hoàn thành Do hạn chế hiểu biết thời gian nên đồ án cịn nhiều thiếu sót, mong nhận phản hồi hướng dẫn thầy bạn để nhóm tiếp tục học hỏi phát triển đồ án Trang | 15 TÀI LIỆU THAM KHẢO - Github.com - Datasheet STM32f407VET6: https://www.st.com/resource/en/datasheet/dm00037051.pdf - Reference Manual: https://www.st.com/resource/en/reference_manual/dm00031020.pdf - Datasheet L293D: www.ti.com/lit/gpn/l293 - Datasheet 74HC595: www.ti.com/lit/gpn/SN74HC595 - http://arduino.vn/bai-viet/639-du-xe-dieu-khien-tu-xa-qua-bluetooth - AppInventor http://ai2.appinventor.mit.edu/ Trang | 16 ... Nhằm ứng dụng kiến thức môn học Vi xử lý vào thực tế, nhóm lựa chọn đề tài ? ?Ứng dụng vi điều khiển thiết kế mơ hình xe điều khiển từ xa qua bluetooth? ?? Nội dung hệ thống thiết kế mơ hình xe điều khiển. .. thiện đồ án ? ?Ứng dụng vi điều khiển thiết kế mơ hình xe điều khiển từ xa qua bluetooth? ?? Qua đồ án này, nhóm nắm vấn đề sau: - Phương pháp điều khiển động sử dụng IC cầu H L293D - Cách sử dụng Module... điều khiển khơng dây qua bluetooth sử dụng mô- đun thu phát bluetooth HC-05 vi điều khiển STM32F407VET6 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế chế tạo mơ hình xe điều khiển từ xa qua bluetooth 1.3 Nội