Sau khi thi công xong và kiểm tra mạch hoạt động tốt ta tiến hành lắp mạch điều khiển trung tâm, mạch dò kim loại, đế pin lên khung xe. Cuối xe gắn đế pin, giữa xe gắn mạch điều khiển trung tâm, đầu xe gắn mạch dò kim loại. Bố trí được trình bày như hình 4.9:
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 75
Hình 4.9. Bố trí các bộ phận trên khung xe.
Trên thị trường hiện nay có sản phẩm khung xe robot 4 bánh được thiết kế nhẹ, chắc chắn, cân xứng phù hợp để làm các mô hình như: xe robot tự hành, dò đường, tránh vật cản… Khung xe được làm từ mica có độ dày là 3mm. Xe có kích thước khá lớn: dài 29,5cm, rộng 15cm, với 2 tầng không gian rộng để lắp thêm ắc quy và mạch điều khiển, các cảm biến…
Bộ sản phẩm khung xe robot 4 bánh bao gồm:
4 động cơ giảm tốc DC điện áp hoạt động 4-9V. 2 tấm mica khung xe màu trắng trong.
4 bánh xe kích thước 65mm. Bộ ốc vít, ke, cọc đồng. 1 bộ dây nối động cơ.
Giá của sản phẩm là 165.000 VNĐ. Hình ảnh khung xe robot 4 bánh sau khi được được lắp ráp hoàn chỉnh được trình bày như hình 4.10:
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 76
Hình 4.10. Khung xe robot bán trên thị trường.
Nhờ vào những ưu điểm của sản phẩm, giá cả hợp lý và thiết kế phù hợp với nhu cầu của đề tài nên nhóm lựa chọn sản phẩm này để làm khung xe.
Sau khi đã lựa chọn được khung xe, ta tiến hành lắp ráp các mạch lên khung xe. Xe sau khi lắp ráp xong có kích thước là 35cm x 15 cm x 8cm (dài x rộng x cao). Mô hình hoàn chỉnh được trình bày như hình 4.11:
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 77
Các thành phần của xe được đánh dấu như hình 4.12:
Hình 4.12. Bố trí các bộ phận của xe.
Vị trí các bộ phận trên khung xe: 1. Cuộn dò kim loại.
2. Mạch dò kim loại.
3. Mạch điều khiển trung tâm. 4. Nguồn pin.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 78 4.4. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG
4.4.1. Lưu đồ giải thuật
a. Lưu đồ giải thuật của Arduino UNO R3
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 79
Giải thích lưu đồ
Bắt đầu chương trình khởi tạo các chân I/O, truyền nhận dữ liệu UART, biến data để nhận dữ liệu, biến speedCar để điều khiển tốc độ xe.
Khởi tạo xong, chương trình thực hiện liên tục cho đến khi mất điện theo chu trình sau: đầu tiên chương trình kiểm tra có phát hiện kim loại hay không? Nếu phát hiện thấy có kim loại thì dừng xe lại trong vòng 5 giây, ngược lại nếu không có kim loại thì không làm gì cả. Sau khi thực hiện xong việc kiểm tra kim loại, tiếp theo chương trình kiểm tra dữ liệu từ module ESP8266 truyền qua. Nếu có dữ liệu từ module ESP8266 gửi đến thì ta gán dữ liệu nhận được cho biến data, sau đó kiểm tra biến data, nếu data = ‘F’ thì cho xe
chạy thẳng, tương tự data = ‘B’ cho xe chạy lùi, data = ‘L’ cho xe rẽ trái, data = ‘R’ cho xe rẽ phải, data = ‘S’ cho xe dừng lại, data = ‘1’ gán biến speedCar = 60, data = ‘2’ gán biến speedCar = 70, data = ‘3’ gán biến speedCar = 80, data = ‘4’ gán biến speedCar =
90, data = ‘5’ gán biến speedCar = 100. Lưu đồ cho các chương trình con
Vị trí 4 động cơ trên khung xe được bố trí như hình 4.14. Việc bố trí ví trí các động cơ nhằm mục đích hỗ trợ cho các lưu đồ con bên dưới.
Hình 4.14. Bố trí vị trí các động cơ trên khung xe.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 80
Hình 4.15. Lưu đồ giải thuật khi xe chạy thẳng.
Giải thích lưu đồ
Điều khiển 4 động cơ 1, 2, 3, 4 quay theo thuận với tốc độ SpeedCar. Lưu đồ giải thuật khi xe chạy lùi
Hình 4.16. Lưu đồ giải thuật khi xe chạy lùi.
Giải thích lưu đồ
Điều khiển 4 động cơ 1, 2, 3, 4 quay theo ngược với tốc độ SpeedCar. Lưu đồ giải thuật khi xe rẽ trái
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 81
Hình 4.17. Lưu đồ giải thuật khi xe rẽ trái.
Giải thích lưu đồ:
Điều khiển động cơ 1, 4 quay thuận, động cơ 2, 3 quay ngược. Các động cơ quay với tốc độ SpeedCar.
Lưu đồ giải thuật khi xe rẽ phải
Hình 4.18. Lưu đồ giải thuật khi xe rẽ phải.
Giải thích lưu đồ:
Điều khiển động cơ động cơ 1, 4 quay ngược, động cơ 2, 3 quay thuận. Các động cơ quay với tốc độ SpeedCar.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 82
Lưu đồ giải thuật khi xe dừng lại
Hình 4.19. Lưu đồ giải thuật khi xe dừng lại.
Giải thích lưu đồ:
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 83 b. Lưu đồ giải thuật của ESP8266 NodeMCU
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 84
Giải thích lưu đồ
Bắt đầu chương trình khai báo thư viện, khởi tạo truyền nhận dữ liệu UART, cấu hình các chân I/O, cấu hình module ESP8266 ở chế độ Access point (điểm truy cập), tên của wifi là “WIFI_ESP8266_NODEMCU”.
Sau đó nếu có dữ liệu điện thoại gửi đến thì nhận dữ liệu rồi gửi qua Arduino thông qua truyền thông UART. Tiếp theo kiểm tra có phát hiện kim loại hay không. Nếu có thì gửi lên điện thoại kí tự ‘1’, ngược lại không có kim loại thì gửi kí tự ‘0’. Lặp lại liên tục các công việc trên cho đến khi mất điện.
c.Lưu đồ giải thuật của vi điều khiển PIC16F690
Lưu đồ giải thuật chính
Hình 4.21. Lưu đồ giải thuật chính của PIC 16F690.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 85
Giải thuật đo tần số của vi điều khiển: Đầu tiên khởi tạo cho phép timer1 hoạt động, timer1 dùng xung nội, hệ số chia trước bằng 8. Tiếp theo cho phép ngắt toàn cục, ngắt tràn timer1 và ngắt ngoài trên chân RA2. Trong trình ngắt ngoài trên RA2, khi có sự thay đổi tín hiệu từ mức cao xuống mức thấp, hoặc từ mức thấp lên mức cao trên chân RA2 sẽ làm tăng giá trị của biến đếm soXung lên thêm 1 đơn vị. Trong trình ngắt tràn timer1 ta lập trình để tạo ra khoảng thời gian lấy mẫu là 0.3 giây. Khi hết 0.3 giây thì ngắt timer1 hoạt động, gán của biến đếm soXung cho biến tanSo, rồi so sánh biến tanSo với tần số ở ngưỡng so sánh để bật tắt buzzer và xuất mức tín hiệu trên chân RC5 và đặt lại Timer1 về giá trị 40536. Trong trình ngắt tràn timer1 này có thêm phần xử lý khi ta nhấn nút nhấn BTN thì chương trình tiến hành cộng dồn 10 giá trị biến tanSo liên tiếp nhau, sau đó lấy giá trị trung bình của 10 lần đó để lấy làm ngưỡng so sánh tần số.
Lưu đồ giải thuật trình ngắt ngoài
Hình 4.22. Lưu đồ giải thuật ngắt ngoài của PIC 16F690.
Giải thích lưu đồ
Nếu xảy ra ngắt ngoài thì ta lấy biến soXung tăng thêm một đơn vị. Lưu đồ giải thuật trình ngắt timer1
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 86
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 87
Giải thích lưu đồ
Nếu xảy ra ngắt timer1 thì ta tăng biến dem lên thêm 1 đơn vị, khi biến dem bằng 3 (tương đương thời gian lấy mẫu bằng 0.3 giây) thì gán biến giá trị biến soXung gán cho
biến tanSo, rồi lấy biến tanSo đi so sánh với ngưỡng tần số so sánh đã đặt, nếu nhỏ hơn tần số cài đặt thì bật buzzer, ngõ ra RC5 lên mức 1, ngược lại nhỏ hơn tần số cài đặt thì tắt buzzer, ngõ ra RC5 xuống mức 0. Đặt lại giá trị timer1 bằng 40536.
Trong chương trình ngắt tràn timer1 này có thêm phần xử lý khi ta nhấn nút nhấn BTN thì chương trình tiến hành cộng dồn 10 giá trị biến tanSo liên tiếp nhau, sau đó lấy giá trị trung bình của 10 lần đó để đặt lại ngưỡng tần số so sánh.
4.4.2. Giao diện điều khiển
Giao diện điều khiển sẽ là nơi trực tiếp điều khiển xe chạy tiến, chạy lùi, rẽ trái, rẽ phải, thay đổi tốc độ xe. Giao diện cũng là nơi hiện thị trạng thái xe có phát hiện thấy kim loại hay không. Đồng thời khi phát hiện có kim loại thì điện thoại đó sẽ phát ra tiếng bíp bíp liên tục cho đến khi không còn phát hiện có kim loại.
Giao điện điều khiển này được tạo bằng phần mềm MIT App Inventor. Quá trình thiết giao diện gồm 3 bước:
Bước 1: Thiết kế giao diện bằng cách kéo thả, sắp xếp các đối tượng sao cho
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 88
Hình 4.24. Giao diện thiết kế giao diện ứng dụng.
Bước 2: Lập trình chức năng cho từng đối tượng trong giao diện.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 89
Bước 3: Biên dịch, đóng gói thành file có đuôi .APK để cài đặt vào điện thoại.
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. Kết quả của giao diện sau khi hoàn thành được cài đặt vào điện thoại như hình 4.26:
Hình 4.26. Biểu tượng ứng dụng và ứng dụng điều khiển mô hình.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 90
Hình 4.27. Các đối tượng có trong ứng dụng điều khiển.
1: Logo trường đại học sư phạm kĩ thuật Tp. HCM. 2: Vùng thông báo trạng thái dò kim loại.
3, 4, 5, 6, 7: lần lượt là nút nhấn điều khiển xe chạy tiến, xoay trái, dừng xe, xoay phải, lùi xe.
8: Thay đổi tốc độ xe.
4.4.3. Giới thiệu các phần lập trình vi điều khiển a.Giới thiệu phần mềm lập trình Arduino IDE a.Giới thiệu phần mềm lập trình Arduino IDE
Môi trường phát triển tích hợp (IDE) của Arduino là một ứng dụng đa nền tảng được viết bằng Java. Nó được thiết kế để dành cho những người mới tập làm quen với lĩnh vực phát triển phần mềm. Nó bao gồm một chương trình code editor với các chức năng như
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 91
đánh dấu cú pháp, và tự động canh lề, cũng như compile (biên dịch) và upload chương trình lên board chỉ với 1 cú nhấp chuột.
Đề tài sử dụng phần mềm Arduino IDE để lập trình cho Arduino UNO R3 và ESP8266 NodeMCU. Ngôn ngữ được sử dụng ở ArduinoIDE là C và C++. Tất cả đều là mã nguồn mở, được đóng góp và hỗ trợ rất nhiều từ cộng đồng, rất thích hợp cho những ai mới bắt đầu tìm hiểu hoặc không chuyên để dễ dàng tiếp cận, nắm bắt và triển khai nhanh chóng. Arduino IDE hoạt động được trên cả 3 nền tảng: Windows, MAC OS và Linux.
Hình 4.28. Giao diện phần mềm Arduino IDE.
b. Giới thiệu phần mềm lập trình PIC C Compiler
Để lập trình cho dòng vi điều khiển PIC có thể sử dụng rất nhiều phần mềm như: PIC C Compiler, mikro PRO for PIC, MPLab X IDE…. Ở đây nhóm chúng tôi sử dụng
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 92
phần mềm PIC C Compiler. PIC C Compiler được sử dụng để soạn thảo và biên dịch chương trình cho các dòng vi điều khiển PIC.
Hình 4.29. Giao diện phần mềm PIC C Compiler.
4.4.4. Phần mềm lập trình cho điện thoại
Phần mềm App Inventor
App Inventor là công cụ lập trình dành cho mọi người, kể cả trẻ em. Được công bố dưới dạng phần mềm tự do (free software). App Inventor trở thành hiện tượng chưa từng có trong lĩnh vực lập trình cho thiết bị di dộng. App Inventor có sẵn đủ loại thẻ lệnh giúp bạn làm
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 93
mọi việc với điện thoại Android: thẻ lưu giữ thông tin, thẻ lặp lại thao tác nào đó nhiều lần, thẻ thực hiện thao tác với điều kiện định trước.
Ngày nay, MIT đã hoàn thiện App Inventor và nó được chia sẻ ngay trên tài khoản Google. Các lập trình viên mới bắt đầu hoặc bất kỳ ai muốn tạo ra ứng dụng Android chỉ cần vào địa chỉ web của MIT, nhập thông tin tài khoản Google, và từ những mảnh ghép nhỏ, xây dựng những ý tưởng của mình.
Để sử dụng được App Inventor ta cần có một tài khoản Google ,sau đó ta truy cập vào địa chỉ: http://ai2.appinventor.mit.edu. Tiếp theo đó tiến hành đăng nhập bằng tài khoản Google của bạn để mở trang quản lí các project.
Giao diện quản lý của project
Hình 4.30. Giao diện quản lý của project.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 94
Hình 4.31. Giao diện thiết kế.
Giao diện lập trình
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 95 4.5. VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC
4.5.1. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng
Sau đây là hướng dẫn sử dụng mô hình:
Bước1: Đối với mô hình xe chúng ta nhấn công tắc sang vị trí “ON” để cấp nguồn.
Tiếp theo đợi khoảng 10 giây để hệ thống chạy ổn định rồi nhấn nút nhấn trên mạch dò kim loại để lấy ngưỡng tần số so sánh cho mạch dò. Do xe sử dụng nguồn bằng pin nên khi hết pin ta tháo pin ra rồi sạc lại cho đầy, pin đã sạc đầy thì lắp lại vào xe là có thể sử dụng tiếp.
Hình 4.33. Vị trí công tắc nguồn và nút nhấn đặt lại tần số so sánh.
Bước 2: Sau khi cấp nguồn cho mô hình xe thì module ESP8266 NodeMCU trên xe
sẽ tạo ra một điểm truy cập wifi có tên là “WiFi_ESP8266_NODEMCU”. Mở điện thoại lên vào phần cài đặt wifi trên điện thoại để kết nối điện thoại với wifi có tên là “WiFi_ESP8266_NODEMCU”, wifi không có mật khẩu.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 96
Hình 4.34. Kết nối điện thoại với Wifi “WiFi_ESP8266_NODEMCU”.
Bước 3: Mở ứng dụng đã được cài đặt trên điện thoại, ứng dụng có tên là “App_DATN”. Icon của ứng dụng như hình 4.35
Hình 4.35. Icon ứng dụng điều khiển trên điện thoại.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 97
Hình 4.36. Giao diện ứng dụng điều khiển.
4.5.2. Quy trình thao tác
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