Bài tập lớn điều khiển robot tự hành

Điều khiển Robot tự hành GVHD TS Bùi Đình Bá TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN ROBOT TỰ HÀNH ĐỀ TÀI XE TỰ HÀNH ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM ĐIỀU KHIỂN BẰNG BLUETOOTH G.

VIỆN CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

-* -

ĐIỀU KHIỂN ROBOT TỰ HÀNH

ĐỀ TÀI: XE TỰ HÀNH ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ

ẨM ĐIỀU KHIỂN BẰNG BLUETOOTH

Giảng viên hướng dẫn : TS Bùi Đình Bá

Hà Nội, tháng 2 năm 2022

1

MỤC LỤC

I Mở đầu 2

II Cấu tạo về xe 3

1 Cấu tạo phần cứng 3

2 Cấu tạo phần mềm 4

3 Mô hình động học của xe 5

4 Ghép nối Module 6

III Kết quả 8

IV Kết luận 11

1 Thành tựu đạt được 11

2 Khó khăn 11

3 Phân công công việc 12

V Tài liệu tham khảo 13

VI Code Arduino và Code MITInventor 14

1 Code Arduino 14

2 Code MIT App Inventor 15

VII Lời cảm ơn 18

I MỞ ĐẦU

Thế giới đang phát triển cực kỳ nhanh chóng, đặc biệt là về các mặt khoa khoa học: Khoa học hàng không-vũ trụ, khoa học y tế, khoa học máy tính… Và

đã đạt được vô số những thành công: Đưa con người lên vũ trụ, tìm ra các hành tinh mới, các công nghệ y tế mới, tìm ra các hợp chất mới có ích cho đời sống, thiết kế các loại rô-bốt phục vụ đời sống con người Nhưng bên cạnh những thành công này thì cũng có rất nhiều thất bại: Thảm họa chenobyl xảy ra vào ngày 26 tháng 4 năm 1986 khi nhà máy điện nguyên tử Chernobyl ở Pripyat, Ukraina (khi ấy còn là một phần của Liên bang Xô viết) bị nổ, Sự cố nhà máy điện hạt nhân fukushima tại Nhật Bản năm 2011, các phòng thí nghiệm các chất nguy hiểm bí sự cố… và cũng tạo ra rất nhiều hệ lụy cho cuộc sống: Không khí

ô nhiễm, trái đất nóng lên, ô nhiễm nguồn nước, một số nới mà con người không thể sống được nữa vì nhiễm phóng xạ và chưa biết bao giờ có thể trở lại

để sinh sống…

Từ những lý do trên, nhóm chúng em quyết định chế tạo một công cụ giúp con người kiểm tra những thông số cơ bản (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, ánh sáng, phát hiện khí gas rò rỉ phân biệt các loại chất…) ở những nơi mà con người không thể trực tiếp đo được hoặc vì lý do an toàn: Nơi có chất phóng xạ, phòng thí nghiệm bị sự cố, các hành tinh mới, hay các vùng đất khắc nghiệt… Đó là sản phẩm: xe thăm dò các điều kiện môi trường điều khiển bằng điện thoại thông minh

3

II CẤU TẠO VỀ XE

1 Cấu tạo phần cứng

Cụ thể, khung xe là tấm nhựa mica Động cơ được gắn dưới khung nhựa mica của xe Hai bánh xe lớn có cùng trục, được gắn vào động cơ Bánh xe nhỏ được gắn ở khung xe và được dẫn hướng bởi hai bánh xe lớn

Hình 1: Cấu tạo khung xe Mạch Arduino Uno được gắn lên khung xe, được ghép nối với các module: Module điều khiển động cơ L298N, Module Bluetooth HC-05 và Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 Cụ thể cách ghép nối các module với mạch sẽ được trình bày ở phần sau

Module HC 06

Hình 2: Các mạch điều khiển

2 Cấu tạo phần mềm

Về phần mềm, để lập trình cho mạch Arduino, ta sử dụng ngôn ngữ riêng của Arduino Để xây dựng app điều khiển và thu nhận tín hiệu, ta sử dụng phần mềm App Inventor với ngôn ngữ lập trình Drag and Drop

Chúng em sử dụng phương thức điểu khiển:

1) Điều khiển bằng tay 2) Điều khiển bằng giọng nói

5

3 Mô hình động học của xe

Hình 3: Mô hình động học của xe

Sử dụng cơ cấu vi sai như hình trên Trục của hai bánh lớn cùng nằm trên một đường thẳng Hai bánh xe được điều khiển bởi động cơ 1 chiều Bánh lăn đi theo chuyển động được dẫn bởi hai bánh xe

Đi thẳng cần tốc độ quay của hai bánh phải như nhau Sự thay đổi hướng

đi của xe yêu cầu sự khác biệt về tốc độ giữa hai bánh Tuy nhiên vì ta sử dụng

cơ cấu vi sai nên việc rẽ trái rẽ phải có thể được thực hiện bằng cách quay 2 bánh xe cùng tốc độ nhưng ngược chiều quay Điều này dựa vào mô hình động học sau

Hình 4: Mô hình động học theo các trục

4 Ghép nối Module

4.1 Thông số của module Bluetooth HC – 05

 Baudrate UART: 9600

 Pairing code mặc định: 1234

 Cách ghép nối chi tiết được biểu diễn ở hình 5

4.2 Thông số của module điều khiển L298N

 Điện áp điều khiển: 9V

 Cách ghép nối module được biểu diễn ở hình 5

4.3 Thông số của cảm biến DHT11

 Điện áp hoạt động: 3- 5.5V DC

 Ngưỡng độ ẩm: 20 - 90%

 Sai số độ ẩm: ± 5%

 Ngưỡng nhiệt độ: 0 - 55oC

 Sai số nhiệt độ: ± 2o C

 Cách ghép nối cảm biến DHT-11 với mạch Arduino được biểu diễn

ở hình 5

7

4.4 Sơ đồ cách ghép nối mạch

Hình 5: Sơ đồ nối ghép mạch

III KẾT QUẢ

1 Giao diện app hoạt động

Hình 6: Trước khi kết nối Hình 8: Chế độ điểu khiển bằng

giọng nói

9

2 Hình ảnh sản phẩm thực tế

Hình 10: Hình ảnh sản phẩm

Video sản phẩm:

https://drive.google.com/drive/folders/1decxMYoZChPjW09-QvuGtkrZJvICgAMa?usp=sharing

KẾT QUẢ ĐO NHIỆT ĐỘ-ĐỘ ẨM

11

IV KẾT LUẬN

1 Thành tựu đạt được

Thông qua quá trình nghiên cứu và làm việc, chúng em đã hiểu được cách phối ghép các module điện tử cơ bản với mạch điện, lập trình điều khiển động

cơ và thu nhận dữ liệu Từ đó thiết kế được: “Xe thăm dò nhiệt độ - độ ẩm điều khiển bằng điện thoại thông minh nền tảng android” Xe đã hoạt động và đo được dải nhiệt độ (20 - 570) và dải độ ẩm (30% - 92%) ở nhiều địa điểm và thời gian khác nhau

2 Khó khăn

Dù đã cố gắng hoàn thành bài tập lớn này với cường độ cao nhưng do trong kì học còn nhiều môn học nữa, kinh nghiệm thực tế chúng em còn thiếu, chi phí làm sản phẩm còn thiếu, phần viết code còn chưa được tốt nên chắc chắn bài tập lớn này của chúng em còn nhiều thiếu sót và bất cập Vì vậy chúng em rất mong được sự sửa chữa và góp ý của quý thầy cô để chúng em rút kinh nghiệm và bổ sung kiến thức cho bản thân

Trong quá trình hoàn thành sản phẩm thì chúng em có gặp khó khăn về lập trình bằng giọng nói để điều khiển xe vì sử dụng tiếng anh, mong thầy có thể xem xét về giúp chúng em tím hướng khắc phục

3 Phân công công việc

Nguyễn Duy Tiến Làm slide, làm báo cáo, lắp mạch,

tìm hiểu code Arduino

Nguyễn Huy Hoàng Lên ý tưởng, tìm hiểu code MIT app

inventor

Vũ Quốc Oai Làm báo cáo, tìm hiểu phần cứng, lắp

mạch, tìm hiểu lập trình Arduino

13

Arduino cho người tự học”, Nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội

 www.arduino.vn

VI CODE ARDUINO VÀ CODE MITINVENTOR

1 Code Arduino

15

2 Code MIT App Inventor

-Chọn thiết bị bluetooth trong danh sách tín hiệu điện thoại nhận được

- Kết nối điện thoại và thiết bị bluetooth của xe:

+ Nếu thành công hiện “Connected.”

- Với lệnh “Forward”, tín hiệu trả về dạng text là F, dùng để di chuyển xe

tiến lên phía trước

- Tương tự với lệnh “Back”,” Left”, “Right”, “Stop”

- Khi đã kết nối Bluetooth, nhận giá trị nhiệt độ, độ ẩm qua bluetooth khi

tin hiệu lớn hơn 0

- Bật chức năng thu giọng nói và kết nối với dịch vụ trợ lý ảo chuyển

giọng nói thành văn bản của google

17

Khi giọng nói thu vào được nhận dạng là “Forward” thì app sẽ truyền tín

hiệu lệnh F tương ứng với case F trong code arduino và cho xe đi thẳng

Khi giọng nói thu vào được nhận dạng là “Back” thì app sẽ truyền tín

hiệu lệnh B tương ứng với case F trong code arduino và cho xe đi thẳng

Khi giọng nói thu vào được nhận dạng là “Turn left” thì app sẽ truyền tín

hiệu lệnh L tương ứng với case F trong code arduino và cho xe đi thẳng

Khi giọng nói thu vào được nhận dạng là “Turn right” thì app sẽ truyền

tín hiệu lệnh R tương ứng với case F trong code arduino và cho xe đi thẳng

VII LỜI CẢM ƠN

"Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Trường Đại học Bách Khoa

Hà Nội đã đưa môn học Điều khiển Robot tự hành vào chương trình giảng dạy Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảng viên bộ môn – thầy Bùi Đình

Bá đã dạy dỗ, truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian học tập vừa qua Trong thời gian tham gia lớp học Điều khiển Robot tự hành của thầy, em đã có thêm cho mình nhiều kiến thức bổ ích, tinh thần học tập hiệu quả, nghiêm túc Đây chắc chắn sẽ là những kiến thức quý báu, là hành trang để

em có thể vững bước sau này

Bộ môn Điều khiển Robot tự hành là môn học thú vị, vô cùng bổ ích và có hành trang vững chắc cho công việc sau này Đảm bảo cung cấp đủ kiến thức, gắn liền với nhu cầu thực tiễn của sinh viên Tuy nhiên, do vốn kiến thức còn nhiều hạn chế và khả năng tiếp thu thực tế còn nhiều bỡ ngỡ Mặc dù chúng em

đã cố gắng hết sức nhưng chắc chắn bài tập lớn của chúng em khó có thể tránh khỏi những thiếu sót và nhiều chỗ còn chưa chính xác, kính mong thầy xem xét

và góp ý để bài tập lớn của chúng em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!”