Xe thăm dò các điều kiện môi trường điều khiển bằng web

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ * KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ Đề tài: Xe thăm dị điều kiện mơi trường điều khiển Web Giáo viên hướng dẫn: TS Bùi Đình Bá Sinh viên thực : Nguyễn Xuân Mạnh ( 20170819) Trần Xuân Duy ( 20184422) Nguyễn Tuấn Minh ( 20184551) KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS BÙI ĐÌNH BÁ Mục lục Phần I Đặt vấn đề………………………………………………………………3 Mục đích, lý chọn đề tài………………………………………………3 Tổng quan xe………………………………………………………….3 Mơ hình động học xe……………………………………………… Ghép nối module…………………………………………………… Phần II Kết quả…………………………………………………………………6 Hình ảnh sản phẩm thực tế……………………………………………….7 Video clip sản phẩm hoạt động………………………………………… Phần III Kết luận………………………………………………… ……………8 Thành tựu đạt được………………………………………………… … Khó khăn định hướng phát triển……………………………………… Phân công công việc…………………………………………………….9 Phần IV Tài liệu tham khảo………………………………………………… 10 Phần V Phụ lục……………………………………………………………… 11 KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS BÙI ĐÌNH BÁ I Đặt vấn đề Mục đích, lý chọn đề tài Thế giới phát triển nhanh chóng, đặc biệt mặt khoa khoa học: Khoa học hàng không-vũ trụ, khoa học y tế, khoa học máy tính… Và đạt vô số thành công: Đưa người lên vũ trụ, tìm hành tinh mới, cơng nghệ y tế mới, tìm hợp chất có ích cho đời sống, thiết kế loại rô-bốt phục vụ đời sống người… Nhưng bên cạnh thành cơng có nhiều thất bại: Thảm họa chenobyl xảy vào ngày 26 tháng năm 1986 nhà máy điện nguyên tử Chernobyl Pripyat, Ukraina (khi phần Liên bang Xô viết) bị nổ, Sự cố nhà máy điện hạt nhân fukushima Nhật Bản năm 2011, phịng thí nghiệm chất nguy hiểm bí cố… tạo nhiều hệ lụy cho sống: Khơng khí nhiễm, trái đất nóng lên, ô nhiễm nguồn nước, số nới mà người khơng thể sống nhiễm phóng xạ chưa biết trở lại để sinh sống… Từ lý trên, nhóm chúng em định chế tạo công cụ giúp người kiểm tra thông số bản( nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, ánh sáng, phát khí gas rò rỉ phân biệt loại chất…) nơi mà người trực tiếp đo lý an tồn: Nơi có chất phóng xạ, phịng thí nghiệm bị cố, hành tinh mới, hay vùng đất khắc nghiệt… Đó sản phẩm: xe thăm dị điều kiện mơi trường điều khiển điện thoại thông minh Tổng quan xe 2.1 Cấu tạo phần cứng Cụ thể, khung xe nhựa mica Động gắn khung nhựa mica xe Hai bánh xe lớn có trục, gắn vào động Bánh xe nhỏ gắn khung xe dẫn hướng hai bánh xe lớn KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS BÙI ĐÌNH BÁ Hình 1: Cấu tạo khung xe Mạch Arduino Uno gắn lên khung xe, ghép nối với module: Module điều khiển động L298, Module Wifi ESP32 Cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT22 Cụ thể cách ghép nối module với mạch trình bày phần sau Hình 2: Các mạch điều khiển KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ 2.1 GVHD: TS BÙI ĐÌNH BÁ Cấu tạo phần mềm, nguyên lý hoạt động hệ thống Trong hệ thống ESP32 chiếm vai trị master chúng em sử dụng giao thức HTTP chế độ wifi station để trao đổi liệu với web chế độ thẳng quẹo trái hay phải có biến c để ghi nhận trạng thái hoạt động xe ESP32 ESP32 đóng vai trị Master truyền UART biến c với Slave Arduino để Arduino băm xung cho động tiến lùi quẹo trái phải tùy theo liệu mà nhận Chúng em sử dụng phương thức điểu khiển: điều khiển qua website Mơ hình động học xe Hình 3: Mơ hình động học xe Sử dụng cấu vi sai hình Trục hai bánh lớn nằm đường thẳng Hai bánh xe điều khiển động chiều Bánh lăn theo chuyển động dẫn hai bánh xe Đi thẳng cần tốc độ quay hai bánh phải Sự thay đổi hướng xe yêu cầu khác biệt tốc độ hai bánh Tuy nhiên ta sử dụng cấu vi sai nên việc rẽ trái rẽ phải thực cách quay bánh xe tốc độ ngược chiều quay Điều dựa vào mơ hình động học sau KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS BÙI ĐÌNH BÁ Hình 4: Mơ hình động học theo trục Ghép nối Module 4.1 Thông số module WIFI ESP32 • CPU: Xtensa Dual-Core 32-bit LX6 với tần số hoạt động 240 MHz • Kết nối WiFi: – Wi-Fi: 802.11 b/g/n/e/i – Bluetooth: BR/EDR phiên v4.2 BLE • Ethernet MAC hỗ trợ chuẩn: DMA IE 1588 • Bus hỗ trợ mang CAN 2.0 • Nhiệt độ hoat động ổn định: -40C đến 85C • Điện áp hoạt động: 2.2-3.6V • Dòng tiêu thụ ổn định: 80mA • Giao tiếp ngoại vi 4.2 Thơng số module module điều khiển L298 • Điện áp điều khiển: +5 V ~ +35 V • Dịng tối đa cho cầu H: 2A • Điện áp tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V • Dịng tín hiệu điều khiển: ~ 36mA 4.3 Thơng số cảm biến DHT22 • • • • • Nguồn sử dụng: 3~5VDC Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền liệu) Đo tốt ở độ ẩm 0100%RH với sai số 2-5% Đo tốt nhiệt độ -40 to 80°C sai số ±0.5°C Tần số lấy mẫu tối đa 0.5Hz (2 giây lần) KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS BÙI ĐÌNH BÁ II Kết Hình ảnh sản phẩm thực 1.1 Giao diện website hoạt động 1.2 Hình ảnh sản phẩm thực tế KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS BÙI ĐÌNH BÁ Hình 10: Hình ảnh sản phẩm Video clip hoạt động xe(copy link) III Kết luận Thành tựu đạt Thơng qua q trình nghiên cứu làm việc, chúng em hiểu cách phối ghép module điện tử với mạch điện, lập trình điều khiển động thu nhận liệu Từ thiết kế được: “Xe thăm dị điều kiện mơi trường điều khiển Web” Xe hoạt động đo dải nhiệt độ (20 - 570) dải độ ẩm (30% - 92%) nhiều địa điểm thời gian khác Địa điểm Thời gian Nhiệt độ TB(oC) Độ ẩm TB(%) Trong nhà (Ngày 23/1/2021) Sáng(7h) 230C 92% Chiều(15h ) 250C 83% Tối(21h) 220C 95% KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ Ngồi trời (ngày23/01/2021 ) GVHD: TS BÙI ĐÌNH BÁ Sáng(7h) 210C 86% Chiều(15h ) 230C 68% Tối(21h) 190C 88% Khó khăn định hướng phát triển 2.1 Khó khăn Dù cố gắng hoàn thành tập lớn với cường độ cao kì học cịn nhiều mơn học nữa, kinh nghiệm thực tế chúng em cịn thiếu, chi phí làm sản phẩm cịn thiếu, phần viết code chưa tốt nên chắn tập lớn chúng em nhiều thiếu sót bất cập Vì chúng em mong sửa chữa góp ý quý thầy cô để chúng em rút kinh nghiệm bổ sung kiến thức cho thân 2.2 Định hướng phát triển  Trong tương lai chúng em cố gắng tích hợp thêm nhiều cảm biến khác vào mạch để xe thu thập, thăm dị nhiều yếu tố mơi trường Ví dụ cảm biến khí gas, cảm biến áp suất, cảm biến ánh sáng,  Ngồi chúng em cịn muốn nâng cấp đường truyền rộng hơn, kết hợp điều khiển thơng qua hình ảnh camera truyền trực tiếp thiết bị điện thoại di động Phân công công việc Tên thành viên Trần Xuân Duy Phân công công việc Viết Code điều khiển, làm báo cáo KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ Nguyễn Tuấn Minh Nguyễn Xuân Mạnh GVHD: TS BÙI ĐÌNH BÁ Viết Code ESP32 lắp mạch xe Lên ý tưởng, lắp xe, làm báo cáo KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS BÙI ĐÌNH BÁ IV Tài liệu tham khảo  Phạm Quang Huy & Ngô Trọng Hiếu, “Vi điều khiển ứng dụng Arduino cho người tự học”, Nhà xuất Bách khoa Hà Nội  www.arduino.vn V Phụ lục 10 KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS BÙI ĐÌNH BÁ - Code arduino // Motor 1 int dir1PinA = 2; int dir2PinA = 3; int speedPinA = 9; // Needs to be a PWM pin to be able to control  motor speed   // Motor 2 int dir1PinB = 4; int dir2PinB = 5; int speedPinB = 10; // Needs to be a PWM pin to be able to contro l motor speed 10.int data; 11.//Xe dung 12.void stop(){ 13.  analogWrite(speedPinA,0 ); 14.  digitalWrite(dir1PinA, LOW); // Điều khiển động cơ A dừng 15.  digitalWrite(dir2PinA, LOW);   16.  17.  analogWrite(speedPinB, 0);  18.  digitalWrite(dir1PinB, LOW); // Điều khiển động cơ B dừng 19.  digitalWrite(dir2PinB, LOW); 20.} 21.//Xe tien 22.void forward(){ 23.  analogWrite(speedPinA, 127); 24.  digitalWrite(dir1PinA, HIGH); // Điều khiển động cơ A quay tiến  về phía trước 25.  digitalWrite(dir2PinA, LOW);   26.  27.  analogWrite(speedPinB, 127);  28.  digitalWrite(dir1PinB, HIGH); // Điều khiển động cơ B quay tiến  về phía trước 29.  digitalWrite(dir2PinB, LOW);   30.  delay(1000); 31.} 32.//Xe lui 33.void backward(){ 34.  analogWrite(speedPinA, 127); 35.  digitalWrite(dir1PinA, LOW);   // Điều khiển động cơ A quay lùi  về sau 36.  digitalWrite(dir2PinA, HIGH);  // 37.  38.  analogWrite(speedPinB, 127); 39.  digitalWrite(dir1PinB, LOW);   // Điều khiển động cơ B quay lùi  về sau 40.  digitalWrite(dir2PinB, HIGH); 41.  delay(1000); 42.} 43.//Queo trai 11 KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS BÙI ĐÌNH BÁ 44.void left(){ 45.  analogWrite(speedPinA, 127); 46.  digitalWrite(dir1PinA, LOW);   // Điều khiển động cơ A quay lùi  về sau 47.  digitalWrite(dir2PinA, HIGH);  // 48.  49.  analogWrite(speedPinB, 127); 50.  digitalWrite(dir1PinB, HIGH);   // Điều khiển động cơ B tiến về  phía trước 51.  digitalWrite(dir2PinB, LOW); 52.  delay(290); 53.} 54.void right(){ 55.  analogWrite(speedPinA, 127); 56.  digitalWrite(dir1PinA, LOW);   // Điều khiển động cơ A quay lùi  về sau 57.  digitalWrite(dir2PinA, HIGH);  // 58.  59.  analogWrite(speedPinB, 127); 60.  digitalWrite(dir1PinB, HIGH);   // Điều khiển động cơ B tiến về  phía trước 61.  digitalWrite(dir2PinB, LOW); 62.  delay(290); 63.} 64.void setup() { 65 66.Serial.begin(9600); 67.pinMode(dir1PinA,OUTPUT); 68.pinMode(dir2PinA,OUTPUT);                     69.pinMode(speedPinA,OUTPUT); 70.pinMode(dir1PinB,OUTPUT); 71.pinMode(dir2PinB,OUTPUT); 72.pinMode(speedPinB,OUTPUT); 73.  74.} 75.  76.void loop() { 77.   while(Serial.available()){ 78.    data=Serial.read()-48; 79.    Serial.println("Data nhan duoc sau khi truyen UART la "); 80.    Serial.print(data); 81.    if(data==1) forward(); 82.    if(data==2) backward(); 83.    if(data==3) left(); 84.    if(data==4) right(); 85.   } 86.   stop(); 87.} 88 Code ESP32 12 KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS BÙI ĐÌNH BÁ #include #include #include  DHT dht(2,DHT22); float h,t; WebServer server(80); /*const char* ssid="TP-LINK_2020"; 10.const char *password="nhavodich12345";*/ 11.const char* ssid="Quang Huy"; 12.const char *password="AnhHuy@1990"; 13.int c; 14.String SendHTML(); 15.void handle_connect(){ 16.  c=0; 17.  server.send(200,"text/html",SendHTML()); 18.  Serial.print(c); 19.} 20.void forward(){ 21.  c=1; 22.  server.send(200,"text/html",SendHTML()); 23.  Serial.print(c); 24.} 25.void backward(){ 26.  c=2; 27.  server.send(200,"text/html",SendHTML()); 28.  Serial.print(c); 29.} 30.void left(){ 31.  c=3; 32.  server.send(200,"text/html",SendHTML()); 33.  Serial.print(c); 34.} 35.void right(){ 36.  c=4; 37.  server.send(200,"text/html",SendHTML()); 38.  Serial.print(c); 39.} 40.void setup() { 41.  Serial.begin(9600); 42.  dht.begin(); 43.  Serial.println("Connecting to"); 44.  Serial.print(ssid); 45.  WiFi.begin(ssid,password); 46.  while(WiFi.status()!=WL_CONNECTED){ 47.    Serial.print("."); 48.    delay(500); 49.  } 50.  Serial.println("connected "); 51.  Serial.println("your ID"); 13 KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS BÙI ĐÌNH BÁ 52.  Serial.println(WiFi.localIP()); 53.  server.begin(); 54.  server.on("/",handle_connect); 55.  server.on("/forward",forward); 56.  server.on("/backward",backward); 57.  server.on("/left",left); 58.  server.on("/right",right); 59.} 60 61.void loop() { 62.  h=dht.readHumidity(); 63.  t=dht.readTemperature(); 64.  server.handleClient(); 65.} 66.String SendHTML(){ 67.   68.   String html ="     kiểm tra nhiệt độ và độ ẩm     .divforward{ te xt-align: center; } .divforward>button{ width: 150px; height: 50p x; } #forward{ background-color: red; } #backward{ backgroundcolor: blue; } #left{ margin-right: 145px; background-color: yell ow; } #right{ background-color: orange; }   Nhiệ t độ và độ ẩm trong căn phòng là: "; 69.   html+="

"; 70.   html+= (String) t; 71.   html+= " C "; 72.   html+="  "; 73.   html+= (String) h; 74.   html+="%"; 75.   html+="

"; 76.   html+="  Forward  Left Right  Backward   "; 77.   return html; 78.} 79 VI BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Giáo viên hướng dẫn: TS Bùi Đình Bá 14 KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS BÙI ĐÌNH BÁ Sinh viên thực : Nguyễn Xuân Mạnh (20170819), Trần Xuân Duy (20184422), Nguyễn Tuấn Minh (20184551) Lớp : 108716 Nội dung …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Nhận xét giáo viên hướng dẫn …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Hà Nội, ngày……….tháng………năm Giáo viên hướng dẫn ký tên 15 ... Đó sản phẩm: xe thăm dị điều kiện mơi trường điều khiển điện thoại thông minh Tổng quan xe 2.1 Cấu tạo phần cứng Cụ thể, khung xe nhựa mica Động gắn khung nhựa mica xe Hai bánh xe lớn có trục,... trục, gắn vào động Bánh xe nhỏ gắn khung xe dẫn hướng hai bánh xe lớn KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TS BÙI ĐÌNH BÁ Hình 1: Cấu tạo khung xe Mạch Arduino Uno gắn lên khung xe, ghép nối với module:... qua website Mơ hình động học xe Hình 3: Mơ hình động học xe Sử dụng cấu vi sai hình Trục hai bánh lớn nằm đường thẳng Hai bánh xe điều khiển động chiều Bánh lăn theo chuyển động dẫn hai bánh xe