ĐỒ án VI điều KHIỂN THIẾT kế XE điều KHIỂN từ XA BLUETOOTH BẰNG SMARTPHONE

Giới thiệu Ngày nay , hệ thống điều khiển đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển và sự tiến bố của khoa học kỹ thuật công nghệ , văn minh hiện đại.. Thực tế môi khía cạnh của

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN &

TRUYỀN THÔNG VIỆT HÀN

Khoa Kỹ thuật máy tính và Điện tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN &

TRUYỀN THÔNG VIỆT HÀN

Khoa Kỹ thuật máy tính và Điện tử

iii

LỜI CẢM ƠN

Nhóm thực hiện xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Cô Trần Thị Trà Vinh - trên cương vị là giảng viên hướng dẫn đề tài đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, giảng giải tận tình về các vướng mắc trong suốt quá trình thực hiện đề tài.

Nhóm cũng xin cảm ơn sự đóng góp ý kiến chân thành của quý thầy/cô và bạn bè

để đồ án môn học được hoàn thiện.

Tp Đà Nằng, ngày 18 tháng 05 năm 2021

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

MỞ ĐẦU 6

1 Giới thiệu 6

2 Mục tiêu của đề tài 7

3 Đối tuợng và phạm vi nghiên cứu 7

4 Phương pháp nghiên cứu 7

5 Bố cục báo cáo 7

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 9

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 9

1.2 MỤC TIÊU CHỌN ĐỀ TÀI 9

1.3 GIẢI PHÁP THIẾT KẾ: 9

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 10

2.1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 10

2.1.1 Sơ đồ khối 10

2.1.2 Nguyên lý hoạt động 11

2.1.3 Các tính năng của từng khối hoặc module trong hệ thống: 11

2.1.3.1 Khối nguồn: 11

2.1.3.2 Khối module nhận tín hiệu điều khiển: 12

2.1.3.3 Khối xử lí trung tâm 13

2.2 CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 13

2.2.1 Arduino Uno R3 13

2.2.1.1 Giới thiệu 13

2.2.1.2 Thông số kỹ thuật 14

2.2.1.3 Ưu điểm 14

2.2.1.4 Nhược điểm 15

2.2.2 Module L298 15

2.2.2.1 Giới thiệu 15

2.2.2.2 Thông số kỹ thuật 16

2.2.2.3 Ưu điểm 16

2.2.2.4 Nhược điểm 16

2.2.3 Module Bluetool HC05 17

2.2.3.1 Giới thiệu 17

2.2.3.2 Chú thích các chân 17

2.2.3.3 Ưu điểm 17

2.2.3.4 Nhược điểm 17

2.3 Các đối tượng điều khiển 17

2.3.1 Động cơ DC giảm tốc vàng 17

2.3.1.1 Giới thiệu 17

2.3.1.2 Thông số kỹ thuật 18

2.3.1.2 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động 18

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG 20

3.1 Thiết kế hệ thống điều khiển 20

3.1.1 Sơ đồ mạch 20

3.1.2 Lưu đồ thuật toán 21

3.1.3 Mô tả phần mềm nạp chương trình Arduino uno R3 21

3.1.4 Mô tả phần mềm: 22

3.3 Hình ảnh thực của sản phẩm 24

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIẺN 25

1 Kết quả đạt được 25

2 Hướng nghiên cứu 25

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

VIẾT TẮT NỘI DUNG

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2 1 : Sơ đồ khối hệ thống 10

Hình 2 2 : PIN 18650

.” 11

Hình 2 3 : Module nhận tín hiệu 12

Hình 2 4 : Mạch Arduino Uno R3 13

Hình 2 5 : Mạch Arduino Uno R3 14

Hình 2 6 : Module L298N 16

Hình 2 7: Module Bluetooth HC05 17

Hình 2 8: Động cơ giảm tốc vàng 17

Hình 2 9: Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor 18

Hình 2 10: Pha 2: Rotor tiếp tục quay 19

Hình 2 11: Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1 19

Hình 3 1: Sơ đồ mạch 20

Hình 3 2: Lưu đồ thuật toán cho Ardunio 21

Hình 3 3: Giao diện chương trình viết Arduino 22

Hình 3 4: Vùng lệnh chương trình 23

Hình 3 5: Hình ảnh thực của sản phẩm 24

MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu

Ngày nay , hệ thống điều khiển đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển và

sự tiến bố của khoa học kỹ thuật công nghệ , văn minh hiện đại Thực tế môi khía cạnh của hoạt động hằng ngày đều bị chi phối bởi một vài loại hệ thống điều khiển

Dễ dàng tìm thấy hệ thống điều khiển máy công cụ kỹ thuật không gian và hệ thống vũ khí , điều khiển máy tính , các hệ thống giao thông , hệ thống năng lượng , robot Trong sinh hoạt hàng ngày của con người như những trò chơi giải trí ( robot , Xe điều khiển từ xa ) cho đến những ứng dụng gần gũi với con người cũng được cải tiến cho phù hợp với việc sử dụng và đạt mức tiện lợi nhất Việc điều khiển từ xa đã thâm nhập vào tất cả các lĩnh vực của cuộc sống

Chính vì tầm quan trọng của lĩnh vực Đo Lường Và Điều Khiển Tự Động nhóm em

đã mạnh dạn lựa chọn đề tài “ Thiết kế xe điều khiển từ xa bluetool bằng smartphone”

Do trình độ hiểu biết còn hạn chế, nên dù cố gắng hết sức trong việc thực hiện đề tài cũng không tránh khỏi thiếu sót Mong các thầy, cô chỉ bảo thêm để chúng em hiểu vấn đề được sâu sắc hơn.

2 Mục tiêu của đề tài

Thực hiện đề tài: “Thiết kế xe điều khiển từ xa bluetool bằng smartphone” giúp người thực hiện nắm được lý thuyết về đo lường và điều khiển, hiểu được nguyên lý điều khiển, tập lệnh vi điều khiển.

Sản phẩm đề tài trước hết có thể để nghiền cứu, mở rộng ứng dụng trong thực tế sản xuất công nghiệp.

3 Đối tuợng và phạm vi nghiên cứu

• Module Bluetooth HC05

• Động Cơ Giảm Tốc Vàng 3V-9V.

• Module Điều Khiển Động Cơ L298 Mạch Cầu H

• Board Arduino Uno R3: Nắm được cấu trúc phần cứng, lập trình phần mềm và ứng dụng vào mô hình thực tế.

4 Phương pháp nghiên cứu

• Tìm hiểu về lý thuyết liên quan

• Viết và thực hiện các chương trình nhỏ

• Xây dựng thuật toán điều khiển

• Viết chương trình thực hiện thuật toán bằng Kit arduino

• Viết chương trình điều khiển động cơ thông qua module bluetool HC05

• Mô phỏng thi công mạch

5 Bố cục báo cáo

Nội dung của đồ án gồm 4 phần chính như sau :

Chương 1 Giới thiệu tổng quan Giới thiệu đề tài, mục tiêu, đối tượng và phạm

vi nghiên cứu.

Chương 2 Phân tích và thiết kế hệ thống Nội dung chương bao gồm các sơ

đồ phân tích và thiết kế hệ thống, nguyên lí hoạt động.

Chương 3 Xây Dựng Hệ Thống Lắp ráp linh kiện, hàn mạch, nạp code và

thực nghiệm mạch.

Kết luận, Tài liệu tham khảo và Phụ lục liên quan đến đề tài.

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Động cơ DC được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất, công nghiệp,xí nghiệp, Và điều khiển tốc độ động cơ DC là một yêu cầu tất yếu của các máy sản xuất, các khu công nghiệp và hầu hết các ngành liên quan Đòi hỏi động cơ phải có nhiều tốc độ, tùy theo từng công việc và điều kiện làm việc mà ta chọn các tốc độ khác nhau để tối ưu hóa trong quá trình sản xuất.

Chúng em muốn tìm hiểu và thực hành điều khiển động cơ để làm quen với môi trường công nghiệp nên quyết định chọn đề tài điều khiển động cơ DC bằng Arduino.

• Nghiên cứu Module bluetool HC05: các thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt động của module bluetool HC05.

• Module Arduino Uno R3: thiết kế hệ thống sử dụng để giao tiếp module Bluetooth, điều khiển các thiết bị, phần mềm hỗ trợ lập trình Arduino, ngôn ngữ lập trình C/C++.

1.3 GIẢI PHÁP THIẾT KẾ:

• Trước tiên ta phải chế tạo được phần cứng khung xe điều kiển Khung xe phải đảm bảo bền chắc và đạt độ chính xác nhất định về việc bố trí các bánh xe và động cơ thông qua việc nghiên cứu các bản thiết kế xe đã có sẵn.

• Tiếp theo là công đoạn lập trình Arduino dựa trên những kiến thức đã học được

để lập trình xe điều khiển.

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG2.1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

2.1.1 Sơ đồ khối

• Và cuối cùng là điều khiển xe chạy tiến, lùi, trái , phải bằng điện thoại

2.1.3 Các tính năng của từng khối hoặc module trong hệ thống:

2.1.3.1 Khối nguồn:

Hình 2 2 : PIN 18650

Khối nguồn sử dụng PIN 18650 là pin có kích thước 18mm x 65mm Mãpin 18650 dành riêng cho kích thước của pin lithium-ion với nhiều thương hiệusản xuất như pin panasonic, sony, ansmann, akasha đã trở thành tiêu chuẩnvàng mới cho pin có thể thay thế và có thể sạc lại

2.1.3.2 Khối module nhận tín hiệu điều khiển:

Hình 2 3 : Module nhận tín hiệu

Trên thị trường hiện nay có khá nhiều module hỗ trợ vi điều khiển giaotiếp với thiết bị khác thông qua kết nối sóng ở tần số 2.4GHz, một số modulegiao tiếp thường được sử dụng trong thực tế như: module Bluetooth HC-05,HC-

06, module PS2 wireless Tuy nhiên, module Bluetooth HC-05 là lựa chọn tố ưucho đồ án này vì: tốc độ hoạt động phù hợp với truyền dữ liệu điều khiển nhiềuthiết bị phong phú, dễ dàng mua ở thị trường Việt Nam, được nhiều người sửdụng và đánh giá là rất ổn định

2.1.3.3 Khối xử lí trung tâm

Hình 2 4 : Mạch Arduino Uno R3

Arduino UNO R3 dùng vi điều khiển ATmega328 Bộ não này có thể xử

lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho

xe điều khiển từ xa, điều khiển động cơ bước, điều khiển động cơ serve, làmmột trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD, hay những ứngdụng khác

2.2 CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN

2.2.1 Arduino Uno R3

2.2.1.1 Giới thiệu

Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tươngtác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Phần cứng bao gồm mộtboard mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit,hoặc ARM Atmel 32- bit Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giaotiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiềuboard mở rộng khác nhau

Được giới thiệu vào năm 2005, những nhà thiết kế của Arduino cố gắngmang đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích,sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tácvới môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành Những ví dụphổ biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản,điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động Đi cùng với nó là một môi trườngphát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và chophép người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++.

Hình 2 5: Mạch Arduino Uno R3

2.2.1.2 Thông số kỹ thuật

• Arduino được thiết kế chuyên biệt dành cho những người không chuyên

• Arduino được chia sẻ dễ dàng và tích hợp vào các nền tảng khác nhau;

• Đơn giản và nhanh: Rất dễ dàng lắp ráp,lập trình và sử dụng thiết bị;

• Dễ dàng chia sẻ: Mọi người dễ dàng chia sẻ mã nguồn với nhau mà không

lo lắng về ngôn ngữ hay hệ điều hành mình đang dùng

• Chân A Enable, B Enable là 2 chân điều khiển tốc độ 2 động cơ riêngbiệt

• Input: Là 4 chân điều khiển chiều quay của 2 động cơ

• Bộ nguồn 12V-GND-5V: Tùy thuộc loại động cơ mà ta chọn 12V hay 5V

• Output A, Output B: Là 2 đầu ra kết nối với 2 động cơ.

Hình 2 6: Module L298N

2.2.2.2 Thông số kỹ thuật

❖ Có 2 bộ cầu H

❖ Sử dụng IC công suất L298N (ST NEW)

❖ Điện áp tín hiệu 5V/ 0mA-36mA

❖ Điện áp hoạt động động cơ 5V-35V

❖ Dòng điều khiển động cơ 2A/1 mạch cầu H

❖ Nhiệt độ hoạt động -20 tới +135

❖ Công suất đầu ra 1 cầu H 25W

2.2.3 Module Bluetool HC05

2.2.3.1 Giới thiệu

2.2.3.2 Chú thích các chân

❖ KEY: Chân này để chọn chế độ hoạt động AT Mode hoặc Data Mode

❖ VCC: chân này có thể cấp nguồn từ 3.6V đến 6V bên trong module đã cómột ic nguồn chuyển về điện áp 3.3V và cấp cho IC BC417

❖ GND: nối với chân nguồn GND

❖ TXD,RND: đây là hai chân UART để giao tiếp module hoạt động ở mứclogic 3.3V

❖ STATE: không cần quan tâm đến chân này

26 ttâi 1

BT.BOARO^

Antena a

BC-05

RF xfornte<

2.3.1.2 Thông số kỹ thuật

❖ Điện áp hoạt động:3V~ 9V DC (Hoạt động tốt nhất từ 6 - 8V)

❖ Mômen xoắn cực đại: 800gf cm min 1:48 (3V)

❖ Tốc độ không tải: 125 Vòng/ 1 Phút (3V) - (Với bánh 66mm: 26m/1p)

❖ 208 Vòng/ 1 Phút (5V) - (Với bánh 66mm: 44m/1p)

❖ Dòng không tải động cơ: 70mA (250mA MAX)

2.3.1.2 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động

Cấu tạo gồm có 3 phần chính: stator (phần cảm), rotor (phần ứng), và phần chỉnh lưu (chổi than và cổ góp).

- Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm

vĩnh cửu, hay nam châm điện.

- Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều.

- Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi

chuyển động quay của rotor là liên tục

Nguyên lý hoạt động:

Hình 2 9: Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra

chuyển động quay của rotor.

Hình 2 10: Pha 2: Rotor tiếp tục quay

Hình 2.11: Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa

stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG3.1 Thiết kế hệ thống điều khiển

3.1.1 Sơ đồ mạch.

Hình 3 1: Sơ đồ mạch.

3.1.2 Lưu đồ thuật toán.

Hình 3 2: Lưu đồ thuật toán cho Ardunio

3.1.3 Mô tả phần mềm nạp chương trình Arduino uno R3

Công cụ này dung để lập trình Arduino phát triển và có thể chạy trên Windows , MAC OS X và Linux 3.2 Mã nguồn cho xe điều khiển.

3.1.4 Mô tả phần mềm:

- về giao diện:

Hình 3 3: Giao diện chương trình viết Arduino

❖ Menu: Bao gồm các nút lệnh menu (File, Edit, Sketch, Tools, Help) Phía dưới là các icon cho phép sử dụng nhanh các chức năng thường dùng của IDE được miêu

tả như sau:

Hình 3 4: Vùng lệnh chương trình.

❖ Vùng lập trình: Bạn sẽ viết các đoạn mã của mình tại đây.

❖ Vùng thông báo thông tin ( debug): Những thông báo từ IDE sẽ được hiển thị tại đây Để ý rằng góc dưới cùng bên phải hiển thị loại board Arduino và cổng COM được sử dụng Luôn chú ý tới mục này bởi nếu chọn sai loại board hoặc cổng COM, bạn sẽ không thể upload được code của mình.

3.3 Hình ảnh thực của sản phẩm

Hình 3 5: Hình ảnh thực của sản phẩm.

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

1 Kết quả đạt được

Sau một thời gian tiềm hiểu, nghiên cứu, được sử hướng dẫn nhiệt tình của cô Trần Thị Trà vinh chúng em đã hoàn thành được đồ án Hiểu được xâu hơn về lĩnh vực IOT cũng như qua môn học bọn em được thực hành và tiếp xúc trực tiếp.

2 Hướng nghiên cứu

Đề tài của chúng em thực hiện còn nhiều thiếu sót, trong tương lai chúng em sẽ khắc phục hạn chế và phát triển thêm như:

- Sản phẩm còn đơn sơ chưa đẹp măt.

- Sử dụng thêm các loại cảm biến để điều khiển thêm nhiều công dụng của xe.

- Sản phẩm còn thiếu bật/ tắt đèn cho xe, loa của xe còn thiếu,

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] controller-playstation-2-joystick-85bddc

https://create.arduino.cc/projecthub/igorF2/arduino-robot-with-ps2-[2] https: // create.arduino.cc/proj ecthub

pinMode(13,OUTPUT); //left motors forward

pinMode(12,OUTPUT); //left motors reverse

pinMode(11,OUTPUT); //right motors forward

pinMode(10,OUTPUT); //right motors reverse

digitalWrite( 13,LOW);