- Phần mềm rất đơn giản, không cần thư viện, nếu bạn hiểu bảng logic. Tôi không dành nhiều thời gian để viết mã, vì vậy tơi chỉ sử dụng mã do người khác viết. Để điều khiển Robot Car, tôi đang sử dụng điện thoại thơng minh của mình. Điện thoại thơng minh được kết nối với bộ điều khiển qua mô-đun Bluetooth (HC -06). - Tải xuống ứng dụng.
- Sau khi cài đặt ứng dụng, phải ghép nối nó với mơ-đun Bluetooth. Mật khẩu để ghép nối là "1234".
- Đề tài lần này là sử dụng chủ yếu là điều khiển bằng Bluetooth nên phần mềm Bluetooth RC Controller rất thích hợp để sử dụng vì giao diện gần gũi, dễ sử dụng và miễn phí. Phần mềm này được dùng để điều khiển thiết bị qua Bluetooth chức năng cũng tương tự tay cầm điều khiển từ xa.
CHƯƠNG 5: THIÊT KÊ5.1 Thiết kế mơ hình: 5.1 Thiết kế mơ hình:
Dựa trên những lý thuyết cơ bản đã được học tại trường. Và từ đó bắt đầu những bước đầu tiên của quá trình thiết kế thi cơng. Phác thảo mơ hình bằng việc sử dụng phần mềm Inventor:
- Thiết kế mơ hình trên Inventor: Bản phác thảo tồn diện của mơ hình (Hình 5.1):
Hình 5. 1 Tổng qt mơ hình
- Tổng thể mơ hình gồm: 2 động cơ, 2 bánh xe 80mm, 1 bánh xe xoay 360 độ, 1 hộp
đựng phần cứng, 1 hộp đựng bình ắc quy, 4 thanh nhơm định hình 20cm, 4 thanh nhơm định hình 30cm. Các thanh nhơm được liên kết lại với nhau bằng các ke góc chìm L để cố định lại với nhau.
- Thiết kế khung xe như hình (Hình 5.2): - Chiều dài: 300mm.
- Chiều rộng: 200mm.
- Thiết kế giá đỡ của khung xe (Hình 5.1.3), (Hình 5.1.4). - Chiều cao: 200mm.
Hình 5. 3 Giá đỡ (chiều cao)
- Chiều dài: 300mm.
- Chiều cao: 100mm. - Chiều dài: 200mm. - Chiều rộng: 100mm.
5.2 Phần mềm thiết kế sơ đồ mạch điện Fritzing
5.2.1 Mơ hình xe điều khiển bằng Bluetooth (Hình 5.6): - Phần mềm thiết kế sơ đồ mạch điện Fritzing:
- Sau khi lựa chọn được các linh kiện phù hợp cho mơ hình, tiếp tục tiến hành vẽ sơ đồ
mạch điện cho mơ hình, sử dụng phần mềm Fritzing:
Hình 5. 6 Sơ đồ mạch điện xe điều khiển
- Sơ đồ mạch điện (Hình 5.2.1) gồm: 1 Arduino Uno, 2 động cơ giảm tốc JGB37-520, 1 máy bơm DC RS385, 1 L298N (Cầu H), 1 module Bluetooth HC – 06, và nguồn cấp 12V từ pin hoặc ắc quy.
- Nguyên lí đấu nối dây:
+ Bluetooth HC – 06: Lấy nguồn từ Arduino cấp cho module Bluetooth, 2 chân TXD và RXD đấu lần lượt vào chân 1 và 0 trên Arduino.
+ L298N: Sử dụng pin 12V hoặc bình ắc quy 12V để cấp nguồn cho L298N. Tiếp theo đó lần lượt sử dụng các chân 5, 6, 9, 10 trên Arduino cắm vào các chân in4, in3, in2, in1. Tiến hành gắn 2 động cơ vào phần ngõ ra của L298N chú ý gắn đúng chiều.
+ Động cơ bơm: Được gắn vào chân 4 của Arduino.
+ Arduino: được cấp nguồn từ pin hoặc ắc quy của L298N và sử dụng nguồn 5V của L298N để sử dụng.
- Để mô tả được các thuật tốn cơ bản trong phần lập trình thì chắc chắn phải có phần Flow Chart (Lưu đồ giải thuật), giúp truyền đạt các thông tin vô cùng ngắn gọn, hiệu quả.
Sơ đồ giải thuật (Phụ lục 2):
Lưu đồ giải thuật Arduino:
Yes Start Setup Serial.begin(9600) Serial available () > 0 No
Gởi byte dữ liệu tiếp theo
Kiểm tra điều kiện
- Lưu đồ giải thuật của Arduino: Giúp hiểu rõ hơn về cách truyền đạt thông tin của
Arduino về cho Bluetooth. Khi arduino được cấp nguồn sẽ giao tiếp với nhau với tốc độ 9600 baud, và sẽ được liên tục xét xem đã có dữ liệu chưa thơng qua bộ nhớ đệm. Nếu đúng sẽ gởi dữ liệu tiếp theo cịn sai thì sẽ quay về xét bộ nhớ đệm. Tiếp theo kiểm tra điều kiện và thực hiện điều khiển thiết bị và quay về bước đầu xét lại bộ nhớ đệm.
- Lưu đồ giải thuật Smartphone: Khi mở ứng dụng trên điện thoại lên sẽ hiện thông báo là có bật Bluetooth hay khơng nếu có thì sẽ nhập mật khẩu đề được sử dụng khơng thì sẽ tự động thốt ứng dụng. Và ứng dụng sẽ tìm địa chỉ MAC của thiết bị nếu đúng thì sẽ kết nối thành cơng cịn khơng sẽ quay về tìm lại địa chỉ MAC. Và thực hiện các thao tác bằng cách nhấn các nút trên ứng dụng, khi nhấn nếu đúng sẽ hiện thị đèn sáng cịn khơng sẽ quay về thực hiện các nút nhấn lại.
Lưu đồ giải thuật Smartphone: Start Hệ thống thông báo muốn bật Bluetoooth Click Yes No Thoát ứng dụng Yes
Nếu là lần đầu tiên kết nối thì yêu cầu nhập mật khẩu “1234”
Từ lần thứ 2 trở đi bỏ qua bước này
Tìm địa chỉ MAC thiết bị No
Yes
Màn hình điện thoại hiện “Đã kết nối” hiển thị hình trịn màu xanh
Các Button nào được click No
5.2.2 Mơ hình xe chạy theo line (Hình 5.7):
Hình 5. 7 Sơ đồ mạch điện xe dò line, Bluetooth
- Sơ đồ mạch điện (Hình 5.2.2) gồm: 1 Arduino Uno, 2 động cơ giảm tốc JGB37-520, 1 máy bơm DC RS385, 1 L298N (Cầu H), 1 module Bluetooth HC – 06, 3 cảm biến vật cản hồng ngoại và nguồn cấp 12V từ pin hoặc ắc quy.
- Nguyên lí đấu nối: Cũng giống như phần Bluetooth nhưng sẽ gắn thêm 3 cảm biến vật cản hồng ngoại lần lượt vào các chân 11, 12, 13 của Arduino. Sử dụng nguồn trực tiếp của Arduino.
- Lưu đồ giải thuật này nhằm mục đích cho người thực hiện lập trình dễ hiểu được phương hướng để lập trình và vơ cùng ngắn gọn và hiệu quả cao.
Sơ đồ giải thuật (Phụ lục 3):
Lưu đồ giải thuật dò line: Khi được bắt đầu sẽ khởi tạo các cổng giao tiếp input/ output, các timer. Tiếp tục đọc tín hiệu từ 3 cảm biến hồng ngoại, rồi xử lí tín hiệu cảm biến, nếu đúng tiếp tục tiến tới bước xe chuyển động nếu sai sẽ quay về đọc lại tín hiệu cảm biến. Và tiếp theo sẽ cài đặt tốc độ cho robot theo mong muốn sử dụng. Giải thuật, tính xung cho 2 động cơ rồi quay về bước xe chuyển động.
Lưu đồ giải thuật dò line:
Start
Sai Khởi tạo các cổng giao tiếp IO, Timer, ngắt
Đọc tín hiệu về từ cảm biến
Xử lí tín hiệu cảm biến Đúng Xe chuyển động
Set tốc độ
Giải thuật, tính xung cho 2 động cơ
- Đây là chương trình con của phần Xe chuyển động sử dụng nhằm mục đích hiểu rõ được phần nội dung bên trong.
- Giải thuật chương trình con Xe chuyển động: Đặt động cơ trái là DCL, động cơ phải là DCR. Khi mới bắt đầu 3 led của cảm biến sáng thì xe sẽ chạy thẳng tốc độ DCR = DCL, nếu sai sẽ tiếp tục xét tiếp xe lệch ra khỏi line qua bên trái ít thì sẽ làm cho tốc độ DCL > DCR, nếu lệch sang trái nhiều hơn thì DCL > DCR, cịn xe lệch ra khỏi line ít ở bên phải thì DCL < DCR, lệch nhiều thì DCL < DCR. Nếu mà 3 cảm biến có 4 LED sáng thì sẽ cho động cơ chạy thẳng tốc độ DCL = DCR. Rồi quay lại các giá trị đầu tiên.
5.3 Lập trình và sửa đổi code của mơ hình trên Github:
- Sử dụng Github để có thể giao tiếp và phân công công việc cũng như trao đổi và sửa
code của mơ hình trên Github.
Chương trình con cho Xe chuyển động: Xe chuyển động
Đúng
3 LED giữa sáng Chạy thẳng DCL = DCR
Sai DCL: Quay nhanh DCR: Quay chậm Đúng Xe lệch qua trái ít Sai
Xe lệch qua trái nhiều
Đúng
DCL: Quay nhanh DCR: Quay chậm
Đúng Sai
Xe lệch qua phải nhiều
Đúng Sai Sai DCL: Quay chậm Chạy thẳng DCL = DCR DCL: Quay chậm DCR: Quay nhanh DCL: Quay chậm DCR: Quay nhanh 4 LED sáng Xe lệch qua phải ít Đúng Sai Đúng Sai
- Đã lập trình và sau nhiều lần chỉnh sửa thì đây là đoạn code đã nhúng vào mơ hình: “Xe
điều khiển bằng bluetooth kết hợp dị line”.
Hình 5. 8 Code xe điều khiển bằng Bluetooth kết hợp dò line (Phụ lục 1)
CHƯƠNG 6: QUÁ TRÌNH THIÊT KÊ
Sau khi thực hiện các bước như thiết kế bảng vẽ, tìm hiểu về các thiết bị và linh kiện, vẽ sơ đồ mạch điện,… Tiếp theo đó là phần quan trọng nhất trong đề tài lần này là phần thiết kế mơ hình thực tế, cụ thể như sau:
6.1 Mơ hình xe điều khiển bằng Bluetooth kết hợp dị line * Các bước tiến hành làm mơ hình thực tế:
Bước 1: Tiến hành mua linh kiện cần thiết (Bảng 6.1):
Module HC-06 1 120.000đ/cái
Arduino Uno 1 150.000đ/cái
Giá động cơ GA25 2 20.000đ/cái
Khớp nối lục giác trục 4mm 4 15.000đ/cái
Bánh xe 80mm khớp lục giác 4 80.000đ/cái
Máy bơm dung dịch khử khuẩn 1 85.000đ/cái
Béc phun sương 2 8.000đ/cái
Ống dây dẫn dung dịch 2 5.000đ/mét
Dây rút 1 10.000đ/bọc
Gỗ 1 30.000đ/cái
Bình Ắc quy Đồng Nai 1 220.000đ/cái
Động cơ giảm tốc GA25-370 2 110.000đ/cái
Nhơm định hình 20x20 3 90.000đ/mét
Bánh xe 3600 nhựa 1 22.000đ/cái
Cảm biến vật cản hồng ngoại 3 15.000đ/cái
Tổng chi phí 1.618.000 VNĐ
Bảng 6. 1 Tên và giá thành các linh kiện
Bước 2: (Hình 6.1)
- Thiết kế khung xe
- Gắn động cơ giảm tốc vào khung xe - Gắn bánh xe vào động cơ giảm tốc
Bước 3:
- Thiết kế và gắn giá đỡ cho xe (Hình 6.2).
Bước 4:
- Gắn gỡ chứa đồ vật vào khung xe (Hình 6.3).
Bước 5:
- Lắp đặt mạch và hộp bảo vệ linh kiện (Hình 6.4).
Bươc 6: (Hình 6.5).
- Gắn nguồn (ắc quy) vào mơ hình.
Hình 6. 5 Hệ thống khử khuẩn và nguồn ắc quy
Bươc 7:
Hình 6. 6 Cảm biến vật cản hồng ngoại
CHƯƠNG 7: KÊT LUẬN7.1 Kết quả thực nghiệm 7.1 Kết quả thực nghiệm
- Ban đầu do chưa có bình ắc quy nên dùng 5v nên ko đủ cấp nguồn cho cả mơ hình, nên
sử dụng thêm nguồn của sạc dự phòng để cấp cho arduino riêng, L298N riêng ắc quy sử dụng thì cấp cho L298N rồi lấy nguồn của L298N cấp cho cả mơ hình.
- Phần Bluetooth ban đầu bình ắc quy đặt ở đi xe nên di chuyển khó khăn, khơng thể cân bằng, sau khi di chuyển về phía giữa, xe cân bằng, di chuyển ổn định.
- Cảm biến hồng ngoại phải tinh chỉnh nên phải làm đi làm lại nhiều lần, phải gộp 2 code bluetooth + dị line nên nó bị trùng lệnh, phải sửa code và hoàn thiện.
- Xịt khử khuẩn cài đặt cho điều khiển trên phần mềm lúc nào cần sử dụng thì bật khơng thì tắt, dễ xài, tiện lợi.
- Hồn thiện mơ hình đúng tiến độ, phần cơ khí được đánh giá cao về độ bền chắc, thẩm
mỹ và an tồn trong q trình thực tập.
- Phần kết nối, kiểm tra mạch cịn nhiều sai sót song đã được khắc phục và kết quả kiểm tra sau khi kết nối đều hoạt động tốt.
- Robot được điều khiển và chạy bám đường ổn định, bám vạch chính xác chạy đúng với thuật tốn u cầu và hồn thành tốt nhiệm vụ.
- Thể hiện được khả năng hoàn toàn tự động của mơ hình, hoạt động theo chương trình đã lập trình.
7.2 Ưu điểm
- Mạch điều khiển hoạt động khá ổn định, phần cứng và phần mềm tương thích với nhau và có thêm các thiết bị khác để phát triển mơ hình dễ hoạt động hơn.
- Giao diện điều khiển và giám sát dễ sử dụng, thân thiện người dùng.
- Mơ hình hệ thống có độ chính xác, tính an toàn và dễ dàng thao tác với người dùng. - Phù hợp cho các hệ thống điện trong phịng học, hộ gia đình.
- Nhìn chung, mơ hình đã hoạt động tương đối ổn định, có thể làm việc liên tục, đạt 100% yêu cầu đề ra ban đầuNgười dùng thao tác một cách đơn giản, dễ sử dụng.
- Bên cạnh đó giá thành linh kiện ngồi thi trường dễ dàng tiềm kiếm. - Không gây ô nhiễm, sủ dụng pin và có thể sạc tái sử dụng.
7.3 Nhược điểm
- Mơ hình do sử dụng kết nối bằng bluetooth nên khơng thể điều khiển xe đi xa quá 20 mét.
7.4 Kết luận
- Quá trình thực hiện đề tài: “ROBOT HỖ TRỢ Y TẾ” đã giúp chúng em củng cố lại được nhiều kiến thức đã được học, hiểu biết thêm được nhiều kiến thức mới, nâng cao kỹ năng chuyên môn ngành như kỹ năng thiết kế, kỹ năng bố trí linh kiện trên mạch, qua đó chúng em có thể học để tự đánh giá được năng lực của bản thân, và từ đó khắc phục những thiếu sót về vốn hiểu biết của mình.
- Ngồi những kỹ năng trên, chúng em cịn hình thành được những kỹ năng khác như kỹ năng làm việc nhóm, đã biết sắp xếp và chia cơng việc nhau để làm nhầm tăng hiệu quả để hồn thành tốt đồ án và nâng cao tinh thần đoàn kết trong học tập. Đi song song với làm việc theo nhóm thì chúng em đã ý thức, rèn luyện kỹ năng làm việc độc lập. Đặc biệt hơn nữa trong quá trình thực hiện đồ án, chúng em đã được rèn luyện, nâng cao kỹ năng giao tiếp và được tiếp cận đến thị trường thông qua những việc đi mua và chuẩn bị các linh kiện trong đồ án, qua đó chúng em đã hiểu biết thêm nhiều về giá cả của thị trường của linh kiện điện tử trong và ngoài nước.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Ksp. (2014). Arduino UNO R3 là gì? http://arduino.vn/bai-viet/42-arduino-
uno-r3-la-gi?
[2] Dientu360.com. (2016). Module Điều khiển Motor L298N.
https://dientu360.com/module-dieu-khien-motor-l298n.
[3] Lkcg.vn. Động cơ DC giảm tốc GA37 – 520 (12V/200RPM).
https://lkcg.vn/dong-co-dc-giam-toc-ga37-520-12v-200rpm.
[4] Nshop.vn. Module thu phát bluetooth HC – 06. https://iotmaker.vn/module-
bluetooth-hc-06.html.
[5] AJ Neal. (2010). Tips For Selecting DC Motors For Your Mobile Robot.
https://www.servomagazine.com/uploads/issue_downloads/pdf/Tips%20For %20Selecting%20DC%20Motors%20For%20Your%20Mobile%20Robot.pdf.
PHỤ LỤC
Phụ lục 2: Nguyên lí hoạt động xe điều khiển bằng Bluetooth:
Đầu tiên, khởi động phần mềm Android “Arduino Bluetooth RC Car”. Phần mềm xuất hiện thơng báo cáo bạn có muốn bật Bluetooth khơng (yes hoặc no). Click yes để bật Bluetooth và thực hiện tự động kết nối đến Module Bluetooth. Phần mềm tự động lấy địa chỉ Mac của Module Bluetooth (nhập vào khi lập trình).
Khi kết nối thành cơng phần mềm hiện thị màu chấm xanh (chưa kết nối sẽ hiện màu đỏ). Phần mềm gồm có điều khiển tốc độ nhanh hoặc chậm, tiến, lùi, rẽ phái, rẽ trái. Giao thức của bo mạch: Giao thức kết nối Bluetooth giữa bo Arduino Uno và phần mêm điều khiển Bluetooth là giao thức RS232 theo chuẩn 2.4Ghz. Truyền dữ liệu số String chuỗi giá trị dạng Int 16 bit. Bo mạch Arduino Uno sau khi kết nối, nhận giá trị từ điện thoại gửi xuống sử dụng hàm so sánh để chuyển đổi dạng 8 bit sang 16 bit. Và xử lí điều khiển các thiết bị theo điều kiện mà ta gán cho chuỗi giá trị nhận được về giao thức điều khiển trên ứng dụng. Chân Rx, Tx của HC-06 kết nối với chân 7 và 8 Arduino Uno. Trên Arduino Uno, các chân PWM 5.6.9.10. Chân 4 và 12 kết nối với Module L298N để điều khiển động cơ DC. Sử dụng ắc quy để cấp nguồn cho module L298N vào chân +12v rồi lấy +5v cấp cho Arduino Uno.
Phụ lục 3: Nguyên lý hoạt động xe dò line:
IR sẽ phát hiện ra vạch qua việc phát ra bước sóng hồng ngoại và phản xạ lại trên bởi bề mặt có màu sáng tức là ở những nơi khơng có màu đen là vạch thì sẽ có phản hồi, cịn trên vạch thì khơng, ngun lý này sẽ dẫn hướng cho xe đi đúng vạch đã định. Nhờ đó