Điều khiển xe từ xa qua smarphone DA4

Đất nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hoá hiện đại hoá, nên khoa học – kỹ thuật luôn là mối quan tâm hàng đầu. Cùng với sự phát triển nhanh chóng về khoa học kỹ thuật, nghành điện tự động có những bước phát triển nhảy vọt với linh kiện bán dẫn, các hệ thống nhúng ra đời… và kèm theo đó là nhiều ứng dụng mới xuất hiện phụ vụ cho sinh hoạt và sản xuất con người.Hiện nay việc các ứng dụng ngày càng trở nên phổ biến, từ những cái đơn giản như điều khiển cột đèn giao thông định thời, đếm sản phẩm dây chuyền sản xuất, điều khiển động cơ điện một chiều… Đến những ứng dụng phức tập như điều khiển Robot, hệ thống kiểm soát… Một trong những ứng dụng không kém phần quan trọng trong công nghiệp điều khiển từ xa. Nó đã góp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bị từ xa hay những thiết bị mà con người không thể trực tiếp chạm vào để điều khiển.Xuất phát từ ứng dụng quan trọng trên, em đã thiết kế và thi công mạch “Xe Điều Khiển Từ Xa Thông Qua Smartphone”Đề tài gồm các nội dung sau: Chương 1. Cơ sở lý thuyết Chương 2. Tổng quan về arduino,hệ điều hành và giao tiếp ngoại vi Chương 3. Phân tích,thiết kế mô hình xe điều khiển từ xa qua Smartphone

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hoá hiện đại hoá, nên khoa học –

kỹ thuật luôn là mối quan tâm hàng đầu Cùng với sự phát triển nhanh chóng vềkhoa học - kỹ thuật, nghành điện tự động có những bước phát triển nhảy vọt vớilinh kiện bán dẫn, các hệ thống nhúng ra đời… và kèm theo đó là nhiều ứng dụngmới xuất hiện phụ vụ cho sinh hoạt và sản xuất con người

Hiện nay việc các ứng dụng ngày càng trở nên phổ biến, từ những cái đơn giảnnhư điều khiển cột đèn giao thông định thời, đếm sản phẩm dây chuyền sản xuất,điều khiển động cơ điện một chiều… Đến những ứng dụng phức tập như điềukhiển Robot, hệ thống kiểm soát… Một trong những ứng dụng không kém phầnquan trọng trong công nghiệp điều khiển từ xa Nó đã góp phần rất lớn trong việcđiều khiển các thiết bị từ xa hay những thiết bị mà con người không thể trực tiếpchạm vào để điều khiển

Xuất phát từ ứng dụng quan trọng trên, em đã thiết kế và thi công mạch “Xe Điều Khiển Từ Xa Thông Qua Smartphone”

Đề tài gồm các nội dung sau:

Chương 1 Tổng quan về hệ thống xe điều khiển từ xa

Chương 2 Thiết kế, chế tạo mô hình xe điều khiển từ xa qua Bluetooth

Qua đây em xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới giảng viên hướng dẫn ThS.Lê Văn Chương, thầy đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi để nhóm

chúng em hoàn thành được đề tài này!

Trong quá trình thực hiện đề tài chắc chắn sẽ còn nhiều thiếu sót nhất định.Vậy chúng em mong sự giúp đỡ của Thầy cô và sự góp ý của bạn bè

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Trần Ninh Linh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG XE ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 1.1 Giới thiệu chung

1.1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay, xã hội phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật ngày càng hiện đại nên nhu cầu

về trao đổi thông tin giải trí, nhu cầu về điều khiển các thiết bị từ xa, ngày càngcao Và những hệ thống dây cáp phức tạp lại không thể đáp ứng nhu cầu này,nhất là ở những khu vực chật hẹp, những nơi xa xôi, trên các phương tiện vậnchuyển,…Vì vậy công nghệ không dây đã ra đời và phát triển mạnh mẽ, tạo rấtnhiều thuận lợi cho con người trong đời sống hằng ngày Trong những năm gầnđây công nghệ truyền nhận dữ liệu không dây đang có những bước phát triểnmạnh mẽ, góp công lớn trong việc phát triển các hệ thống điều khiển, giám sát từ

xa, đặc biệt là các hệ thống thông minh Hiện nay, có khá nhiều công nghệ khôngtruyền nhận dữ liệu không dây như RF, Wifi, Bluetooth, NFC,…Trong đó,Bluetooth là một trong những công nghệ được phát triển từ lâu và luôn được cảitiến để nâng cao tốc độ cũng như khả năng bảo mật Trên thị trường Việt Namhiện nay chưa có nhiều sản phẩm điều khiển thiết bị không dây, đa số những sảnphẩm hiện có đều là nhập khẩu từ nước ngoài với giá thành cao Việc nghiên cứu

và thiết kế một bộ sản phẩm điều khiển thiết bị không dây có một ý nghĩa lớn,giúp tăng thêm sự lựa chọn cho người sử dụng, sản phẩm được sản xuất trongnước nên giá thành rẻ và góp phần phát triển các hệ thống điều khiển thông minh

Do đó, nhóm quyết định thực hiện đề tài: “Mạch điều khiển xe từ xa quaBluetooth” Đề tài ứng dụng công nghệ Bluetooth phổ biến trên nhiều thiết bị,đặc biệt điểm mới của đề tài so với các sản phẩm hiện có là điều khiển thông qua

hệ điều hành Android giúp tận dụng những thiết bị sử dụng hệ điều hành Android

có sẵn của người dùng giúp giảm giá thành sản phẩm, ngoài ra với màn hình hiểnthị lớn của điện thoại cho phép hiển thị nhiều thông tin hơn

1.1.2 Giới thiệu về MODULE BLUETOOTH HC-05

 Giới Thiệu Chung Về Bluetooth

Công nghệ Bluetooth là một công nghệ dựa trên tần số vô tuyến và bất cứ mộtthiết bị nào có tích hợp bên trong công nghệ này đều có thể truyền thong với cácthiết bị khác với một khoảng cách nhất địnhvề cự ly để đảm bảo công suất choviệc phát và nhận sóng.Công nghệ này thường được sử dụng để truyền thônggiữa hai loại thiết bị khác với nhau

Hình 1.1 Logo Bluetooth

 Hoạt động

Bluetooth là chuẩn kết nối không dây tầm ngắn, thiết kế cho các thiết bị cá nhânhay mạng cục bộ nhỏ trong phạm vi băng tầng từ 2.4GHz đến 2.485GHz.Bluetooth được thiết kế hoạt động trên 79 tần số đơn lẻ khi kết nối, nó sẽ tự độngtìm ra tần số tương thích để di chuyển đến thiết bị cần kết nối trong khu vựcnhằm đảm bảo sự liên kết

Hình 1.2 Bluetooth và kết nối với thiết bị

Hình 1.3 Sơ đồ chân HC-05

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 có một ic nguồnchuyển về điện áp 3.3V và cấp cho IC BC417

GND: nốivới chân nguồn GND.

TXD,RND: Đây là hai chân UART để giao tiếp module hoạt động ở mức logic 3.3V STATE: Các bạn chỉ cần thả nổi và không cần quan tâm đến chân này

 Các chế độ hoạt động:

HC-05 có hai chế độ hoạt động là Command Mode và Data Mode

Ở chế độ Command Mode : ta có thể giao tiếp với module thông qua cổng serialtrên module bằng tập lệnh AT quen thuộc Ở chế độ Data Mode module có thể

trong chế độ Data Mode (đọc tài liệu Tiếng Việt trên một số Web thấy chỗ nàythường bị viết sai).

 Nếu đưa chân này lên mức logic cao trước khi cấp nguồn module sẽ đƣa vàochế độ Command Mode với baudrate mặc định 38400 Chế độ này khá hữu íchkhi bạn không biết baudrate trong module được thiết lập ở tốc độ bao nhiêu Khichuyển sang chế độ này đèn led trên module sẽ nháy chậm (khoảng 2s) và ngượclại khi chân KEY nối với mức logic thấp trước khi cấp nguồn module sẽ hoạtđộng chế độ Data Mode

 Nếu module đang hoạt động ở chế Data Mode để có thể đưa module vào hoạtđộng ở chế độ Command Mode bạn đưa chân KEY lên mức cao Lúc này module

sẽ vào chế độ Command Mode nhưng với tốc độ Baud Rate được bạn thiết lậplần cuối cùng Vì thế bạn phải biết baudrate hiện tại của thiết bị để có thể tươngtác được với nó Chú ý nếu module của bạn chưa thiết lập lại lần nào thì mặc địnhcủa nó như sau:

 Baudrate 9600, data 8 bits, stop bits 1, parity : none, handshake: none

 Passkey: 1234

 Device Name: HC-05

Ở chế độ Data Mode HC-05 : Có thể hoạt động nhƣ một master hoặc slavetùy vào việc bạn cấu hình (riêng HC-06 bạn chỉ có thể cấu hình ở chế độ SLAVE)

Ở chế độ SLAVE: Bạn cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb bluetooth

để dò tìm module sau đó pair với mã PIN là 1234 Sau khi pair thành công, bạn

đã có 1 cổng serial từ xa hoạt động ở baud rate 9600

Ở chế độ MASTER: Module sẽ tự động dò tìm thiết bị bluetooth khác (1

module bluetooth HC-06, usb bluetooth, bluetooth của laptop ) và tiến hành pairchủ động mà không cần thiết lập gì từ máy tính hoặc smartphone

AT+RMAAD : Ngắt kết nối với các thiết bị đã ghép

AT+ROLE=1 : Đặt là module ở master

AT+RESET: Reset lại thiết bị

AT+CMODE=0: Cho phép kết nối với bất kì địa chỉ nào

AT+INQM=0,5,5: Dừng tìm kiếm thiết bị khi đã tìm đƣợc 5 thiết bị hoặc sau 5sAT+PSWD=1234 Set Pin cho thiết bị

AT+INQ: Bắt đầu tìm kiếm thiết bị để ghép nối

Sau lệnh này một loạt các thiết bị tìm thấy được hiện thị Định ra kết quả sau lệnhnày như sau:

INQ: Address,type,signal

Phần địa chỉ (address) sẽ có định dạng như sau: 0123:4:567890 Để sử dụng địachỉ này trong các lệnh tiếp theo ta phải thay dấu “:” thành “,” 0123:4:567890 ->0123,4,5678

AT+PAIR=<address>,<timeout> : Đặt timeout(s) khi kết nối với 1 địa chỉ slave.AT+LINK=<address> Kết nối với slave

Các lệnh ở chế độ Slave:

AT+ORGL: Reset lại cài đặt mặc định

AT+RMAAD: Xóa mọi thiết bị đã ghép nối

AT+ROLE=0: Đặt là chế độ SLAVE

AT+ADDR: Hiển thị địa chỉ của SLAVE

 Ứng dụng

HC-05 là module giao tiếp bluetooth

Có thể được ứng dụng trong các ứng dụng điều khiển như:

- Sử dụng điện thoại để điều khiển các thiết bị Khi đó chúng ta sẽ lập trình mộtphần mềm trên điện thoại, kết nối với module bluetooth HC05 Vi điều khiển sẽgiao tiếp với HC05 để nhận lệnh từ điện thoại hoặc gửi dữ liệu lên điện thoại, từ

đó đưa ra các hành động thích hợp(như bật tắt đèn, ) hoặc gửi thông tin về trạngthái thiết bị,

- Giao tiếp giữa các thiết bị phần cứng với nhau, mỗi thiết bị sẽ trang bị mộtmodule HC05 và việc gửi nhận dữ liệu giữa các thiết bị phần cứng sẽ thông quacác module HC05

1.1.3 Arduino UNO

 Giới thiệu ARDUINO UNO

Mạch Arduino Uno là dòng mạch Arduino phổ biến, khi mới bắt đầu làm

quen, lập trình với Arduino thì mạch Arduino thường nói tới chính là dòng

Arduino UNO.Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (Mạch Arduino Uno R3).

Arduino Uno R3 là dòng cơ bản, linh hoạt, thường được sử dụng cho người

mới bắt đầu Bạn có thể sử dụng các dòng Arduino khác như: Arduino Mega,Arduino Nano, Arduino Micro… Nhưng với những ứng dụng cơ bản thì mạchArduino Uno là lựa chọn phù hợp nhất

Hình 1.4 Mạch Arduino Uno R3

 Cấu trúc phần cứng

Hình 1.5 Sơ đồ chân Arduino Uno

 Chân giao tiếp Digital (tín hiệu số):

 Có 14 chân, từ 0 đến 13

 Những chân có dấu ~ (3, 5, 6, 9, 10,11) là những chân có thể xuất ra xung

có thể thay đổi độ rộng, được ứng dụng để điều khiển tốc độ động cơ hoặc

 Bao gồm các chân: GND (nối đất/âm), 5V, 3.3V

 Các chân này dùng để cấp nguồn cho các thiết bị bên ngoài như role, cảmbiến, RC servo,…

 Ngoài ra còn có các chân: Vin, Reset, IOREF

Bảng 2 Thông số Arduino Uno

 Bộ nhớ sử dụng

 Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn sử dụng trên Arduino Uno R3 có:

 32KB bộ nhớ Flash : những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ

nhớ Flash của vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ đượcdùng cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ nàyđâu

 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory) : giá trị các biến bạn khai

báo khi lập trình sẽ lưu ở đây Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộnhớ RAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ

mà bạn phải bận tâm Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

 1KB cho EEPROM : đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể

đọc và ghi dữ liệu của mình vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giốngnhư dữ liệu trên SRAM

 Các cổng vào/ra trên Arduino Board

Hình 1.6 Các chân Arduino Uno

Mạch Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu.Chúng

chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ởmỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiểnATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối)

 Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau :

 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi và nhận dữ liệu TTL Serial.

Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nốibluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây Nếu khôngcần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ

phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàmanalogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ởchân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chânkhác

 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các

chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giaothức SPI với các thiết bị khác

 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm

nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13.Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

Arduino UNO Broad có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín

hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với

chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các

chân analog Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng cácchân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là10bit

Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếpI2C/TWI với các thiết bị khác

 Phần Mềm Arduino

 Phần mềm viết chương trình và biên dịch chương trình

Arduino Nano sử dụng phần mềm Arduino IDE để lập chương trình, ngôn ngữlập trình cho Arduino cũng có tên là Arduino (được xây dựng trên ngôn ngữC).Ngoài viết chương trình phần mềm Arduino IDE còn biên dịch và tải chươngtrình lên board

Hình 1.7 Phần mềm Arduino

Hình 1.8 Giao diện phần mềm Arduino IDE

Phân tích chương trình: có 2 method quan trọng nhất là setup() và loop().

 setup() làm nhiệm vụ khởi tạo mode cho các ngoại vi của Arduino Hàm này

sẽ được chạy một lần khi bo mạch Arduino được reset Ở chương trình này,setup() chỉ làm nhiệm vụ đặt các chân 4,5,6,7 của Arduino sang mode output

 loop() là chương trình chính của Arduino Đoạn code trong loop() sẽ đượcArduino chạy vô hạn Trong chương trình này, có hàm digitalWrite() để đặt cácchân (pin) ở mức điện áp cao (HIGH) hay thấp (LOW) Hàm tiếp theo là delay(),nhận đối số là một số nguyên, thẻ hiện số mili giây ta muốn chương trình tạmngưng

Bảng 2.4 Một số câu lệnh thường gặp

Kýhiệu,câu lệnh Ý nghĩa

// Dùng để giải thích,khi nội dung giải thích nằm trên1dòng,khi

kiểm tra chương trình thì phần kiểm tra sẽ bỏ qua phần này,không kiểm tra

/*

…

Ký hiệu này cũng dùng để giải thích, nhưng giải thíchdànhcho 1 đoạn, tức có thể xuống dòng được

#define biến chân Nghĩa là định nghĩa,xác định.Câu lệnh này nhằm gán tên 1

biến vào1chân nào đó.Vídụ #defineled13,tức là gán biến ledcho chân 13 hay dùng chân 13 để điều khiển led

digitalWrite(chân,t

rạngthái);

Dùng để tắt,mở 1chân ra.Cú pháp của nólà digitalWrite(chân,trạ ngthái chân); trạng thái chân có thể là HIGH hoặc LOW Ở trạng thái HIGH chân có điện,dòng điện có điện áp là 5V;ở trạng thái LOW chân không có điện,điện áp bằng 0

Vídụ:digital(led,HIGH); hoặc digital(led,LOW);

delay(thời gian); Delay nghĩa là chờ,trì hoãn,duy trì.Lệnh này dùng để duy trì

trạng thái đang thực hiện chờ một thời gian.Thời gian ở đâyđược tính bằng miligiây, 1giây bằng 1 ngàn miligiây

If nghĩa là nếu,sau if là dấu (),bên trong dấu ngoặc là một biểu thức

so sánh Ví dụ trong bài về cảm biến độ ẩm đất (phần 5) thì: if(giatriAnalog>500)//nếu giá trị đọc được của biến gia tri Analo

g lớn hơn500{

digitalWrite(Led,HIGH); //Ralệnh cho led sáng delay(1000);//chờ 1s

else nghĩa là ngược lạiSerial.print() In ra màn hình máy tính, lệnh này in không xuống dòng

Serial.println() In ra màn hình máy tính,in xong

xuống dòng,giá trị tiếp theo sẽ được in ở dòng kế tiếp

 Một số ứng dụng của Arduino

Thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử, dùng để xây dựng các hệthống nhúng software / hardware máy bay không người lái thiết bị điện tử giá rẻvới đầu ra TV có thể chứa một thư viện năm ngàn cuốn sách,…

1.1.4 Cảm biến siêu âm

Hình 1.9 Cảm biến siêu âm

 Trig(T) : digital input

 echo (R): digital output

 OUT

 GND

 Nguyên lý hoạt động

 Ở chế độ 1: Tách biệt, kích hoạt và phản hồi

Để đo khoảng cách, ta phát 1 xung rất ngắn (5 microSeconds) từ chân TRIG.Sau đó cảm biến sẽ tạo ra 1 xung HIGH ở chân ECHO cho đến khi nhận đượcxung phản xạ ở chân này.Chiều rộng của xung sẽ bằng với thời gian sóng siêu âmđược phát từ cảm biến quay trở lại Tốc độ của âm thanh trong không khí là 340m/s tương đương với 29,412 microSeconds/cm(1000000/(340*100)) Khi đã tínhđược thời gian ta chia cho 29,412 để được khoảng cách cần đo

 Ở chế độ 2: Dùng 1 chân cho cả kích hoạt và phản hồi

hoạt.SR05 sẽ không tăng dòng phản hồi cho đến 700uS sau khi kết thúc các tínhiệu kích hoạt và bạn đã có thời gian để kích hoạt pin xoay quanh và làm cho nótrở thành 1 đầu vào.

 DTR : Chân UART DTR, thường không xài

 SPKP, SPKN: ngõ ra âm thanh, nối với loa để phát âm thanh

 MICP, MICN: ngõ vao âm thanh, phải gắn thêm Micro để thu âm

thanh

 Reset: Chân khởi động lại Sim800L (thường không xài)

 RING : báo có cuộc gọi đến

 GND: Chân Mass, cấp 0V

1.1.6 MODULE ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ L298N

Hình 1.11 Mạch điều khiển động cơ L298

 Tính năng

Chế xe điều khiển, xe dò đường, các thiết bị sử dụng Motor DC hoặc động cơbước… sử dụng kết hợp với vi điều khiển

 Thông số kỹ thuật

 Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H

 Điện áp điều khiển : +5V ~ +12 V

 Dòng tối đa cho mỗi cầu H là :2A

 Điện áp của tín hiệu điều khiển : +5 V ~ +7 V

 Dòng của tín hiệu điều khiển : 0 ~ 36Ma

 Công suất hao phí : 20W (khi nhiệt độ T = 75 °C)

 Nhiệt độ bảo quản : -25°C ~ +130

1.2 Các ứng dụng

Nghiên cứu tạo ra các Robot tham gia vào qui trình sản xuất cũng như trongđời sống sinh hoạt của con người, nhằm nâng cao năng suất lao động của dâychuyền công nghệ, giảm giá thành sản phẩm, năng cao chất lượng cũng như khảnăng cạnh tranh của sản phẩm tạo ra Robot có thể thay thế con người làm việc

ổn định bằng các thao tác đơn giản và hợp lý, đồng thời có khả năng thay đổicông việc để thích nghi với sự thay đổi của qui trình công nghệ Sự thay thế hợp

lý của robot còn góp phần giảm giá thành sản phẩm, tiết kiệm nhân công ở nhữngnước mà nguồn nhân công là rất ít hoặc chi phí cao như : Nhật Bản, các nước Tây