BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 98
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 99
Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ
Sau 15 tuần tìm hiểu, nghiên cứu trên các tài liệu đồng thời vận dụng các kiến thức đã được học trong suốt 4 năm, cùng sự hướng dẫn tận tình của thầy Hà A Thồi, nhóm chúng em đã hoàn thành xong đề tài “Thiết kế và thi công mô hình xe Robot dò tìm kim loại
điều khiển bằng điện thoại”.
Chương này nhóm trình bày kết quả của cả quá trình nghiên cứu làm đề tài trong thời gian 15 tuần, đồng thời nhận xét, đánh giá tất cả những gì nhóm đã làm được sau khi hoàn thành đề tài này.
5.1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 5.1.1. Tổng quát kết quả đạt được
Những kết quả và kinh nghiệm đã đạt được sau khi chúng em hoàn thành đề tài này là:
Tìm hiểu về vai trò và ứng dụng của mạch dò kim loại trong thực tiễn. Biết được các phương pháp và nguyên lý hoạt động của mạch dò kim loại từ đó ứng dụng để thiết kế ra một mạch dò kim loại phục vụ cho đề tài.
Nghiên cứu và tìm hiểu cấu tạo, chức năng của module ESP8266 NodeMCU, biết cách lập trình cho module ESP8266 tạo một điểm truy cập Wifi, từ đó điện thoại có thể kết nối với Wifi này để truyền nhận dữ liệu điều khiển mô hình. Đồng thời giao tiếp được với Arduino UNO R3 thông qua truyền thông UART để truyền nhận dữ liệu.
Nghiên cứu và tìm hiểu cấu tạo, chức năng của Arduino UNO R3, biết cách lập trình cho Arduino nhận dữ liệu từ module ESP8266. Điều khiển mạch cầu H L298N và động cơ giảm tốc DC giúp xe chạy tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải và điều chỉnh được tốc độ xe.
Biết cách sự dụng phần mềm MIT App Inventor xậy dựng ứng dụng điều khiển mô hình trên điện thoại Android.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 100
Biết cách sử dụng các phần mềm lập trình: Arduino IDE, PIC C Compiler. Biết tính toán và lựa chọn các giá trị, thông số của từng linh kiện trong mạch
sao cho phù hợp.
Biết sử dụng phần mềm Proteus 8 Professional để mô phỏng các mạch điện và vẽ mạch in.
5.1.2. Kết quả mạch dò kim loại
Sau khi thi công xong mạch, nhóm tiến hành thử nghiệm kiểm tra khả năng phát hiện kim loại của mạch. Hoạt động thửc nghiệm của nhóm có thể được miêu tả như sau:
Đầu tiên đặt cuộn dò của mạch nằm trên mặt phẳng bằng nhựa, hoặc gỗ, chất liệu không phải là kim loại (đảm bảo cuộn dò nằm cách xa các vật xung quanh bằng kim loại để tránh ảnh hưởng tới kết quả thực nghiệm).
Hình 5.1. Cuộn dò mạch dò kim loại.
Tiếp theo đến phần kiểm tra đo khoảng cách phát hiện các vật kim loại: cầm vật thể kim loại lên trên cuộn dò, di chuyển vật thể từ từ xuống sát dần cuộn dò cho đến khi buzzer kêu tít-tít liên tục (lúc này mạch đã phát hiện ra vật kim loại), sau đó đó đùng thước đo khoảng cách từ vật đến cuộn dò.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 101
Hình 5.2. Cuộn dò kim loại và vật thể kim loại.
Các vật được thử nghiệm lần lượt là: cục biến áp 220V/12V-5A, cái kéo, chùm chìa khóa, bình gas mini, pin 9V, điện thoại, v.v... Bên dưới là bảng kết quả thực nghiệm:
Bảng 5.1. Kết quả thực nghiệm đo khoảng cách phát hiện của mạch dò
STT Vật thể Khoảng cách xa nhất có thể phát hiện (đơn vị: cm) 1 Biến áp 220V-12V/5A 9.0 2 Cái kéo 5.0 3 Chùm chìa khóa 3.5 4 Bình gas mini 8.0
5 Điện thoại Nokia 1280 3.0
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 102 5.1.3. Kết quả mạch điều khiển trung tâm
a.Truyền nhận giữ liệu giữa điện thoại Adroid và module thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU
Trong mô hình này module Wifi ESP8266 NodeMCU được cấu hình tạo một điểm truy cập wifi (Wifi Access Point) để điện thoại có thể kết nối vào để điều khiển thiết bị.
Sau khi thi công hoàn chỉnh mạch, viết xong ứng dụng điều khiển thì việc kết nối điện thoại với điểm Wifi thiết bị tạo ra đã thành công. Khoảng cách kết nối điện thoại với thiết bị trong bán kính 10 mét.
Thực hiện việc trao đổi, truyền nhận dữ liệu giữa điện thoại và module Wifi ESP8266 chính xác. Dữ liệu nhận được từ ứng dụng điện thoại gửi qua hiển thị trên cửa sổ Serial Monitor trong ứng dụng Arduino IDE như hình 5.5:
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 103 b. Truyền nhận giữ liệu giữa Arduino và module thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU, Arduino điều khiển mạch công suất L298N
Arduino nhận dữ liệu từ ESP8266 thông qua truyền thông UART, tốc độ baud là 115200. Dữ liệu Arduino nhận được là hoàn toàn chính xác, từ dữ liệu nhận được đem đi so sánh để điều khiển động cơ thông qua mạch cầu H L298N. Động cơ quay thuận, quay nghịch, thay đổi tốc độ đúng với những gì điều khiển từ ứng dụng trên điện thoại.
5.1.4. Mô hình xe hoàn chỉnh
a.Kết nối mô hình xe với điện thoại và thực hiện điều khiển xe chạy tiến, chạy lùi, xoay trái, xoay phải, thay đổi tốc độ di chuyển
Điện thoại đã kết nối được với xe và điều khiển thành công xe chạy tiến, chạy lùi, xoay trái, xoay phải, thay đổi tốc độ di chuyển. Có 4 mức tốc độ di chuyển là 1, 2, 3, 4.
b. Thực hiện việc dò tìm, phát hiện kim loại
Mô hình xe thực diện dò tìm phát hiện kim loại thành công, khi phát hiện thấy kim loại thì xe phát ra âm thanh báo động , đồng thời gửi phản hồi về cho ứng dụng điện thoại. Sau đây là bảng kết quả thực nghiệm xe tìm kiếm kim loại dưới lòng đất: thử nghiệm chôn kim loại ở dưới lòng đất, rồi cho xe di chuyển bên trên để kim tra xe có phát hiện được hay không. Vật thử nghiệm được sử dụng tương tự như thử nghiệm trong bảng 5.1. Khoảng cách thử nghiệm từ vật thể so với xe là khoảng cách nhỏ hơn bằng khoảng cách lớn nhất mạch dò có thể phát hiện được như kết quả thử nghiệm trong bảng 5.1.
Bảng 5.2. Kết quả đạt được
STT Vật thể Tốc
độ xe (mức)
Khoảng cách vật kim loại so với
gầm xe (cm) Số lần thử nghiệm Số lần phát hiện được Kết quả (%) 1 1 8.0 5 5 100 2 5 5 100
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 104 Biến áp 220V- 12V/5A 3 5 4 80 4 5 2 40 2 Cái kéo 1 4.0 5 5 100 2 5 4 80 3 5 4 80 4 5 3 60 3 Chùm chìa khóa 1 3.0 5 5 100 2 5 4 80 3 5 4 80 4 5 2 40 4 Cục pin 9V 1 4.0 5 5 100 2 5 3 60 3 5 2 40 4 5 2 40
5.1.5. Kết quả ứng dụng điều khiển
Giao diện ứng dụng sau khi hoàn thành gồm logo trường ĐHSPKT TP.HCM, một khung thông báo phát hiện kim loại, 5 nút nhấn để điều khiển: tiến, lùi, sang trái, sang phải, dừng xe, một thanh để chọn tốc độ xe. Xe có 4 mức tốc độ lần lượt là: 1, 2, 3, 4.
Ứng dụng sau khi hoàn thành đã đáp ứng yêu cầu của đề tài là sau khi kết nối với mô hình thì ứng dụng đã điều khiển được xe chạy tiến, lùi, xoay trái, xoay phải, dừng xe, thay đổi tốc độ xe. Đồng thời cập nhật trạng thái của mạch dò kim loại, khi phát hiện kim
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 105
loại thì ứng dụng thông báo cho người dùng biết qua màn hình hiển thị và bật loa điện thoại kêu tiếng tít-tít liên tục.
Màn hình ứng dụng khi chưa phát hiện thấy kim loại hiển thị như hình 5.9:
Hình 5.4. Ứng dụng khi không phát hiện thấy kim loại.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 106
Hình 5.5. Ứng dụng khi không phát hiện thấy kim loại.
5.2. NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ
Nhóm đã hoàn thành các mục tiêu ban đầu đề ra là: Thiết kế và thi công xong mô hình xe.
Điều khiển xe chạy tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải, thay đổi được tốc độ xe thông qua ứng dụng điện thoại Android thông qua mạng Wifi.
Mô hình xe có thể tìm kiếm, phát hiện kim loại, khi phát hiện ra kim loại xe sẽ phát ra âm thanh cảnh báo và hiển thị thông tin phát hiện có kim loại lên ứng dụng trên điện thoại, bật loa điện thoại kêu thông báo cho người dùng biết.
Ngoài những kết quả đạt được, mô hình còn những hạn chế sau:
Thiết bị đã tìm kiếm phát hiện được kim loại, tuy nhiên khoảng cách phát hiện được các vật thể kim loại là tương đối gần so với các sản phẩm, thiết bị dò kim loại có bán trên thị trường. Nhóm đã thi công và thử nghiệm nhiều mạch, và đây là kết quả tốt nhất mà
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 107
nhóm có thể đạt được. Do hạn chế về thời gian thực hiện đề tài, nên nhóm không thể nghiên cứu và thi công thêm để mạch có thể dò tìm được ở khoảng cách xa hơn.
Vẫn còn xảy ra chậm trễ trong việc điều khiển từ điện thoại tới mô hình xe, và cập nhật trạng thái dò kim loại từ mô hình tới ứng dụng điện thoại. Do có sự trễ trong truyền nhận dữ liệu trên đường truyền và khả năng viết ứng dụng Adroid điều khiển mô hình, chương trình cho vi điều khiển chưa được tối ưu (do kiến thức lập trình của sinh viên còn hạn chế).
Nếu xe chạy với tốc độ quá nhanh thì sẽ không phát hiện được kim loại (cùng trường hợp đó xe chạy ở tốc độ chậm thì phát hiện được kim loại). Xe không thể nhận biết được kim loại vì mạch dò kim loại cần có thời gian lấy mẫu (thời gian lấy mẫu là 0,3 giây), trường hợp xe chạy quá nhanh, mạch dò không kịp lấy mẫu để xử lý sẽ không phát hiện được kim loại.
Vật thể kim loại quá nhỏ mô hình sẽ không thể phát hiện được.
Thời gian sử dụng còn ngắn do xe sử dụng nguồn nuôi là Pin. Khoảng cách kết nối điện thoại với xe còn thấp (bán kính điều khiển nhỏ hơn 10 mét).
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 108
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
6.1. KẾT LUẬN
Sau 15 tuần nghiên cứu và thực hiện đề tài, về cơ bản nhóm đã hoàn thành đề tài “Thiết kế và thi công mô hình xe Robot dò tìm kim loại điều khiển bằng điện thoại” và đã đạt được mục tiêu ban đầu đề ra. Trong quá trình thực hiện, nhóm đã có được một số kết quả nhất định sau:
Thiết kế được giao diện ứng dụng điều khiển trên điện thoại thân thiện và dễ sử dụng.
Điều khiển xe chạy tiến, chạy lùi, rẽ trái, rẽ phải, thay đổi được tốc độ di chuyển. Mô hình xe có thể tìm kiếm, phát hiện kim loại, khi phát hiện ra kim loại xe sẽ phát ra âm thanh cảnh báo và hiển thị thông tin phát hiện có kim loại lên ứng dụng trên điện thoại, bật loa điện thoại kêu thông báo cho người dùng biết Mô hình có tính ứng dụng để phát triển trong thực tế.
6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Đây là đề tài mà nhóm chỉ làm trên phương diện mô hình thí nghiệm và chưa được áp dụng vào thực tế. Vì vậy để mô hình này có thể hoàn thiện hơn sau đây nhóm xin đề ra một vài phương án để góp phần cải thiện mô hình và có thể mang ra áp dụng ngoài thực tế: Sử dụng thêm các cảm biến khác như: cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, khí độc hại... nhằm mục đích ngoài phát hiện kim loại ra thì xe có thể sử dụng để thăm dò môi trường.
Thiết kế thêm hệ thống định vị GPS để đánh dấu vị trí vật kim loại khi xe phát hiện được.
Thiết kế mô hình có thể hoạt động ở hai chế độ: thủ công (điều khiển bằng tay) hoặc tự động (xe tự động di chuyển theo lộ trình yêu cầu).
Thiết kế khung xe cứng cáp, chắc chắn, động cơ công suất lớn hơn, hệ thống điều khiển ổn định, chính xác hơn để xe có thể hoạt động tốt ở nhiều loại địa hình. Lắp thêm camera để giám sát, điều khiển từ xa dễ dàng hơn.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 109
Sử dụng nguồn pin năng lượng mặt trời.
Nâng cao khoảng cách phát hiện kim loại bằng các phương pháp dò tìm tiên tiến hiện nay như phương pháp VLF, phương pháp PI,…
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 110 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 thông, tin học, v.v.”, Nhà xuất bản 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 trong ứng dụng điều khiển”, Nhà xuất bản đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
[4] Trần Thu Hà, “Điện tử cơ 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 và 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 và 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 và Ngô Minh Hiệp, “Thiết kế và thi công mô hình xe thăm dò môi trường”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT Tp.HCM, 2019.
Trang Web tham khảo
[9] “Arduino”, https://vi.wikipedia.org/wiki/Arduino.
[10] “Arduino là gì và những ứng dụng của nó trong cuộc sống”,
https://quantrimang.com/arduino-la-gi-va-ung-dung-cua-no-trong-cuoc-song-145388. [11] “Động cơ giảm tốc là gì? Motor giảm tốc có gì khác so với hộp giảm tốc? Khái niệm hộp giảm tốc?”, http://www.namtrung.com.vn/document/dong-co-giam-toc-la-gi-hop- giam-toc-la-gi.
[12] “How Metal Detectors Work”, https://electronics.howstuffworks.com/gadgets/other- gadgets/metal-detector2.htm.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 111
[13] “5 ứng dụng phổ biến nhất của máy dò kim loại”, http://maydopro.com/tin-tuc/chi- tiet/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 mới bắt đầu”, https://iotmakervn.github.io/iot- starter-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 112 PHỤ LỤC
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT Từ viết tắt Từ đầy đủ
1 BFO Beat-frequency oscillator
2 VLF Very Low Frequency
3 PI Pulse Induction
4 PWM Pulse Width Modulation
5 UART Universal Asynchronous Receiver – Transmitter
6 Wi-fi Wireless Fidelity
7 IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
8 CPU Central Processing Unit
9 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 <16F690.h>
#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 113 #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 <= tanSoSoSanh) { enaBuzzer = 1; output_high(SIGNAL); }
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 114 else { enaBuzzer = 0; output_low(SIGNAL); }
if(enaBuzzer && (!enaDLTS))
output_toggle(BUZZER); else output_low(BUZZER); soXung = 0; dem=0; } set_timer1(40536); } void main() { set_tris_a(0x04); set_tris_c(0b00000100); output_low(BUZZER); output_low(SIGNAL); enable_interrupts(global); enable_interrupts(INT_RA); enable_interrupts(int_timer1);
setup_timer_1(T1_INTERNAL | T1_DIV_BY_8);
set_timer1(40536); //0.1s
tong = 0;
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 115