BAO CAO NGHIEN CU KHOA HC TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT NĂNG LƯỢNG TỪ XA QUA INTERNET

nhanh và chuẩn xác, khả năng thay thế con người trong môi trường làm việc độc hại vàkhông an toàn của robot công nghiệp là những yếu tố quyết định của việc áp dụng robottrong các lĩnh vự

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường Đại Mỏ-Địa Chất nói chung, quýthầy cô của ngành Điện-Điện Tử nói riêng đã tận tình dạy bảo, truyền đạt kiến thức chonhóm em trong suốt quá trình nghiên cứu!

Kính gửi đến thầy Nguyễn Trường Giang lời cảm ơn chân thành và sâu sắc, cảm ơnthầy đã tận tình theo sát và chỉ dẫn cho nhóm em trong quá trình thực hiện đề tài này

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan với Ban giám hiệu nhà trường đây là công trình nghiên cứu củariêng nhóm, do nỗ lực học hỏi và cố gắng của bản thân mỗi thành viên để hoàn thành được

đề tài này Các số liệu và kết quả trong đề tài là trung thực và không trùng lặp với bất kỳcông trình nào khác đã được công bố

Trong quá trình thực hiện đề tài sẽ không tránh khỏi những thiếu sót có thể xảy ra, vìvậy kính mong nhận được ý kiến đóng góp của quí thầy cô để đề tài được hoàn thiện hơn,

và tạo lập cho nhóm có một cơ sở nhìn nhận về khả năng, kiến thức, từ đó có hướng phấnđấu tốt hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT NĂNG LƯỢNG TỪ XA QUA INTERNET

1.1 Lịch sử phát triển

1.2 Mô hình xe hai bánh tự cân bằng

1.2.1 Đôi nét về lịch sử hình thành và phát triển của mô hình xe hai bánh tự cân bằng 1.2.2 Phân loại

1.2.3 Ưu điểm cơ bản của mô hình xe hai bánh tự cân bằng

LỜI NÓI ĐẦU

Internet Of Things (IoT) – Internet kết nối mọi hệ thống dường như đang đứng

trước một bước ngoặt để đi đến giai đoạn tiếp theo cho một thế giới hiện đại, văn minh Đó là viễn cảnh mà mọi vật đều có thể kết nối với nhau thông qua Internet không dây Các doanh nghiệp đang có xu hướng ứng dụng sản phẩm công nghệ IoT vào sản xuất ngày càng nhiều bởithị trường sáng tạo tiềm năng và chi phí sản xuất ngày càng thấp

Chứng kiến sự phát triển như vũ bão của các sản phẩm ứng dụng công nghệ IoT và thị trường công nghệ Start up tiềm năng đang ngày càng sôi động hơn bao giờ hết Và đó cũng là

lý do mà một ngôi nhà thông minh ra đời

Với những ưu điểm như giá thành rẻ, mức độ phổ biến cao, rất tiện lợi cho người sử dụngphù hợp với nhiều mục địch sử dụng Hiểu được điều đó vì vậy đề tài “ Hệ thống giám satnăng lượng từ xa qua internet” là rất thích hợp để đưa vào chương trình học tập nghiên cứu

ở các trường đại học, là thiết bị để những người đam mê điện tử và lập trình thỏa sức sángtạo

 MỤC TIÊU ĐỂ TÀI

1 Nghiên cứu về vi điều khiển Pic16f

2 Tìm hiểu về module ESP8266

3 Tìm hiểu về

4 Xây dựng mô hình và viết chương trình điều khiển

 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

a Đối tượng

1 Pic 16f877a, 16f883

2 Module wifi ESP8266

3 Module điều khiển động cơ L298N

4 Module Bluetooth HC06

5 Động cơ giảm tốc V1

b Phạm vi nghiên cứu

1 Code chạy chương trình

nhanh và chuẩn xác, khả năng thay thế con người trong môi trường làm việc độc hại vàkhông an toàn của robot công nghiệp là những yếu tố quyết định của việc áp dụng robottrong các lĩnh vực công nghiệp nói trên.Với nhu cầu rất lớn trong các lĩnh vực áp dụngchính như trên, sự cạnh tranh giữa các nhà sản xuất robot trên thế giới đã giúp cho sản phẩmnày ngày một hoàn thiện và giá thành ngày càng hạ hơn Robot được coi như một sản phẩmđiển hình của Cơ điện tử, là kết quả tích hợp của các lĩnh vực kỹ thuật như Cơ học và Cơkhí chính xác, Điện – Điện tử, Cảm biến, Điều khiển và Máy tính.

1.2 Mô hình xe hai bánh tự cân bằng

1.2.1 Đôi nét về lịch sử hình thành và phát triển của mô hình xe hai bánh tự cân bằng

Xe hai bánh tự cân bằng đặt chân vào thị trường Việt Nam vào khoảng năm 2007 nhưng

có vẻ chỉ những năm gần đây thì nó mới thực sự trở nên phổ biến Những thế hệ đầu tiêncủa loại xe điện 2 bánh tự cân bằng này được sản xuất bởi công ty Segway Inc có trụ sở tạiHoa Kỳ Segway PT (viết tắt của Segway Personal Transporter - Xe cá nhân Segway),

thường được gọi tắt là Segway là một phương tiện giao thông cá nhân có hai bánh, hoạt

động trên cơ chế tự cân bằng do Dean Kamen phát minh Loại xe này được sản xuất bởicông ty Segway Inc ở bang New Hampshire, Hoa Kỳ Từ "Segway" phát âm gần giống với

"segue" (một từ gốc tiếng Ý có nghĩa "di chuyển nhẹ nhàng")

Đặc điểm nổi bật của Segway là cơ chế tự cân bằng nhờ hệ thống máy tính, động cơ vàcon quay hồi chuyển đặt bên trong xe, nó giúp cho xe dù chỉ có một trục chuyển động vớihai bánh nhưng luôn ở trạng thái cân bằng, người sử dụng chỉ việc ngả về đằng trước hoặcđằng sau để điều khiển xe đi tiến hoặc đi lùi Với các điều khiển sang phải hoặc sang trái,Segway có một cần lái gọi là "Lean Steer" - muốn điều khiển sang phải hoặc sang trái chỉcần nghiêng cần lái về phía đó Động cơ của Segway PT có thể đạt tốc độ 5,6 m/s (hay

20 km/h) Do có giá thành khá cao và mới chỉ thích hợp ở các địa điểm bằng phẳng nênSegway PT hiện chủ yếu được sử dụng ở các sở cảnh sát, căn cứ quân sự, cơ sở sản xuấthoặc khu công nghiệp

Thông tin về một loại xe mang tính cách mạng trong giao thông cá nhân bắt đầu từ đầu

năm 2001, ban đầu loại xe này được gọi bằng cái tên Ginger hoặc IT và nó được phát triển

từ dự án xe lăn tự leo cầu thang iBOT của Dean Kamen Bình luận về giá trị của dự án

này, Steve Jobs đã cho rằng nó "có ý nghĩa lớn như sự ra đời của PC" nhưng ông cũng chê

bai thiết kế của Ginger khi cho rằng chiếc xe trông không thanh lịch và không thân thiện vớingười dùng Công nghệ cân bằng cho hai bánh của Ginger được báo chí dự đoán là sẽ dựatrên động cơ Stirling hoặc cơ chế Phản hấp dẫn

Chiếc xe ra mắt lần đầu trước công chúng Mỹ vào ngày 3 tháng 12 năm 2001 trên

chương trình Good Morning America của đài ABC Đến tháng 9 năm 2003 nó được đổi tên

thành Segway PT sau khi một phần mềm mới được sử dụng cho hệ thống máy tính của xe

để khắc phục lỗi thiếu cơ chế báo cạn năng lượng dễ gây nguy hiểm cho người dùng Phầnmềm mới cho phép Segway tự động chạy chậm và dừng khi năng lượng của pin nhiên liệubắt đầu cạn

Trong năm 2003 công ty Segway Inc đã bán được 6.000 sản phẩm Tính cho đến tháng

9 năm 2006 đã có khoảng 23.500 Segway được bán ra Tháng 5 năm 2006 Segway Inc.thông báo rằng chính quyền thành phố Chicago đã ký với họ một hợp đồng 20 năm có giátrị 580.000 USD nhằm mua 30 Segway PT phục vụ cho các cơ sở công ích của thành phốnhư cảnh sát, cứu hỏa, đây là hợp đồng lớn nhất mà Segway Inc ký được với các chínhquyền thành phố

Tháng 8 năm 2006, Segway cho ngừng sản xuất các mẫu cũ để cho ra đời Segway thế

hệ hai gồm 2 dòng sản phẩm i2 và x2, cho phép người dùng sử dụng một cần lái để điềukhiển sang phải hoặc sang trái bằng cách nghiêng cần lái về phía đó, tương tự với cách thứcđiều khiển xe đi tiến hoặc đi lùi Một tháng sau đó, khách hàng của toàn bộ 23.500 xeSegway được hãng Segway Inc đề nghị thu hồi để lắp thêm một phần mềm mới nhằm khắcphục lỗi của hệ thống bánh xe có thể hất người dùng khỏi Segway khi sử dụng ở vận tốc tốiđa

Các thế hệ Segway thứ nhất (ra đời năm 2003) bao gồm:

 Segway HT i167 và Segway HT e167: Đây là hai dòng sản phẩm đầu tiên của

Segway Khác biệt giữa hai dòng là e167 có khả năng tự cân bằng ngay cả khi không có người lái nhờ áp dụng hệ thống Electronic Kickstand HT là từ viết tắt của Human Transporter

 Segway HT p13: Dòng sản phẩm có công nghệ tương tự dòng i và e nhưng nhỏ hơn

và có động cơ yếu hơn

 Segway XT: Tương tự các dòng trên nhưng được thiết kế chuyên cho mục đích giải trí

Các thế hệ Segway thứ hai (ra đời năm 2006) bao gồm:

 Segway PT i2: Lần đầu sử dụng các bánh lái LeanSteer và công nghệ InfoKey

 Segway PT x2: Chuyên dụng cho các mục đích giải trí như đánh golf (thay thế dòng

XT cũ)

Các dòng i2 và x2 có trọng lượng tương ứng là 48 và 54 kg

Trong những năm gần đây xu hướng toàn cầu định hướng cho tương lai, kỉ nguyên củaIOT (vạn vật kết nối) đã thúc đẩy cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 như một tất yếu đòi hỏicác nhà nghiên cứu, nhà sản xuất từng bước cải tiến, ngày càng một hiên đại hơn đáp ứng

xu thế kết nối mở, đa tầng Đó chính là tình hình thế giới nói chung còn đối với Việt Nam

nói riêng cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 hay cách mạng công nghiệp lần thứ 4 như một

xu thế mà Việt Nam cần phải nắm bắt thời cơ cùng với thế giới

Thực tế đã chứng minh rằng, sự tiến bộ trong máy tính, nguồn nhân lực đầy tiềm năng

và trí thông minh nhân tạo sẽ làm cho những chiếc xe này ở hiện tại và tương lai sẽ ngàycàng một hiện đại, ngày càng đáp ứng được nhu cầu sử dụng của con người trong đời sống

và phục vụ trong công nghiệp sản xuất Những chiếc xe hai bánh tự cân bằng này hứa hẹn

sẽ có một tương lai bùng nổ mạnh mẽ ở Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung

1.2.2 Tại sao phải thiết kế xe hai bánh tự cân bằng

Với những robot di động, chúng thường được chế tạo với ba bánh: hai bánh lái được lắpráp đồng trục và một bánh đuôi nhỏ Có nhiều loại khác nhau nhưng đây là kiểu thông dụngnhất Còn đối với các xe 4 bánh, thường một đầu xe có hai bánh truyền động và đầu xe cònlại được gắn một hoặc hai bánh lái

Việc thiết kế ba hay bốn bánh làm cho xe di động được thăng bằng ổn định nhờ trọnglượng của nó được chia cho hai bánh lái chính và bánh đuôi, hay bất kì những cái gì khác để

đỡ trọng lượng của xe Nếu trọng lượng được đặt nhiều vào bánh lái xe thì xe sẽ không ổnđịnh và dễ bị đổ, còm nếu đặt nhiều vào bánh đuôi thì hai bánh sẽ mất khả năng bám

Mặt khác, mô hình xe hai bánh tự cân bằng rất linh động khi di chuyển trên địa hìnhphức tạp mà bản thân nó là một hệ thống không ổn định Khi xe leo dốc thì lập tức nó sẽnghiêng ra trước và giữ cho trọng lượng dồn về hai bánh lái chính Khi xe xuống dốc thì lậptức nó nghiêng ra sau và giữ trọng lượng tâm rơi vào các bánh lái Vì vậy sẽ là rất khó đểnói rằng có hiện tượng trọng tâm của xe rơi ra ngoài vùng đỡ của các bánh xe để có thể gây

ra sự lật úp xe

Đối với những địa hình lồi lõm và những ứng dụng thực tế, sự thăng bằng của xe haibánh có thể mang lại nhiều ý nghĩa thực tiễn trong giới hạn ổn định hơn là đối với xe ba,bốn bánh truyền thống

1.2.3 Ưu điểm của mô hình xe hai bánh tự cân bằng

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng khoa học chế tạorobot phục vụ nhu cầu sản xuất và nâng cao chất lượng cuộc sống con người đang là vấn đềđược các nhà nghiên cứu quan tâm và cải tiến

Mô hình xe hai bánh tự cân bằng có những ưu điểm như sau:

- Nhỏ gọn, linh hoạt, thân thiện với môi trường

- Không ô nhiễm, sử dụng bộ nguồn là Pin, có thể sạc điện

- Sử dụng không gian hiệu quả, đa năng ( sử dụng ở mọi ngóc ngách)

- Dễ điều khiển, chiếm ít diện tích, hoàn thành có thể trở thành một phương tiện vậnchuyển và tham gia giao thông

- Cuốn hút người vận hành cũng như mọi người xung quanh vì hình dáng kì lạ, bắt mắt

vì nó là hình ảnh không thường thấy về trước kia về các phương tiện ví dụ như : phươngtiện tham gia giao thông, vận chuyển hàng hóa…

Với khả năng tự cân bằng trên 2 bánh, loại robot này đang được cải tiến và chế tạo thànhphương tiện giao thông trong tương lai Việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình robot

tự cân bằng nhằm hướng tới phát triển các phương pháp điều khiển hiện đại để nâng caochất lượng điều khiển cho robot và ứng dụng robot vào sản xuất và đời sống là cần thiết và

có ý nghĩa thực tiễn

1.2.4 Nhược điểm của mô hình xe hai bánh tự cân bằng

Bên cạnh những ưu điểm thì còn có những nhược điểm hạn chế của xe như sau:

- Hai động cơ motor còn yếu chưa thể vực được thân xe lên khi bị đổ

- Xe hai bánh không đủ nhanh để di chuyển nhanh như xe thông thường khác

- Thiết kế cơ khí còn nhiều điểm hạn chế

- Không thể đi được trên những địa hình quá phức tạp

1.2.5 Tính ứng dụng được trong thực tế

Xây dựng được một phương tiện vận chuyển mới trong khu vực chật hẹp có thể dichuyển trong các chung cư, tòa nhà cao tầng, dùng để di chuyển về mặt con người và vậnchuyển hàng hóa

Làm phương tiện vận chuyển hàng hóa đến những nơi đã được lập trình sẵn ở trong cáctòa nhà, phòng làm việc, những không gian chật hẹp…

Kết hợp thêm các robot camera, robot dò đường… thì tính ứng dụng vào thực tế đượcđáp ứng cao theo nhu cầu công việc

1.2.6 Khả năng hiên tại của mô hình xe hai bánh tự cần bằng

Nhìn chung mô hình hoạt động khá ổn định, di chuyển nhanh và có độ nhạy góc nghiêngcủa xe so với mặt nền chạy là tương đối cao Tùy theo độ nghiêng của mặt nền mà xe có thểchạy theo hướng nghiêng đó Khi có tác động từ bên ngoài vào thân xe để làm cho thân xemất độ ổn định thì xe nhanh chóng quay về trạng thái cân bằng để giữ cho thân xe ổn định

Robot hai bánh tự cân bằng là một trong những sản phẩm thực áp dụng nguyên lý môhình con lắc ngược Việc nghiên cứu, phát triển robot hai bánh tự cân bằng có thể tạo tiền

để cho sự phát triển của robot trong tương lai, hướng đến mục tiêu xây dựng những robot cóhình dạng, cách thức di chuyển hay thậm chí là có suy nghĩ giống con người Mục tiêu của

đề tài là xây dựng một robot có cấu trúc đơn giản phục vụ cho việc nghiên cứu, giảng dạy,đưa ra một mô hình thực tế, đơn giản về việc xây dựng một hệ thống cơ điện tử

Đề tài được thực hiện từ nghiên cứu mô hình con lắc ngược, mô hình đến việc thiết kê

mô hình robot, thực hiện nghiên cứu các hệ thống điều khiển, xây dựng robot hoàn chỉnh,ráp nối các bộ phận trong cấu trúc mạch của xe , viết các chương trình điều khiển robot thựchiện chức năng tự cân bằng trên mặt phẳng

Đề tài sử dụng vi điều khiển Atmega32 đóng vai trò như “bộ não” của robot, điềukhiển hoạt động cân bằng Khung robot được chế tạo từ giúp cho robot gọn, nhẹ, với haiđộng cơ DC được đặt đồng trục, điều này khiến robot chỉ có thể di chuyển được theo haihướng (trước và sau) Động cơ DC được điểu khiển bởi hai IC cầu H là L298N Cảm biếngóc gia tốc MPU6050 GY-521được dùng là đầu vào của hệ thống làm khung robot luônduy trì ở vị trí thẳng đứng Cảm biến đo khoảng cách từ vị trí đặt tới mặt đất, từ đó tínhtoán ra được góc nghiêng của trục robot Hai cục pin lithium được mắc nối tiếp, dùng đểlàm nguồn nuôi cho mạch điện tử và động cơ DC, được đặt lên phần trên của robot giúprobot dễ điều chỉnh được trạng thái cân bằng (nguyên lý con lắc ngược) Ngoài ra đề tàicòn sử dụng một bộ thu phát tín hiệu Module bluetooth HC06 để điều khiển robot thựchiện những di chuyển cơ bản.

1.2.7 Quy trình sản xuất

 Chuẩn bị vật liệu

Nhóm nghiên cứu sử dụng các bo mạch được sản xuất sẵn để đảm bảo sự hoạt động

ổn định và tính thẩm mỹ của sản phẩm

Các linh kiện được sử dụng trong mô hình xe hai bánh tự cân bằng gồm có :

1 Kit Arduino UNO R3 ATMEGA 16U2

2 Module điều khiển động cơ L298

3 Cảm biến góc gia tốc MPU-6050 GY-521

 Các bước thiết kế chi tiết

Bước 1: Thiết kế cơ khí khung xe

Phần thân xe gồm có 3 tầng, được cắt khổ 123x67 mm Ba tầng của xe được nối với nhau bằng cọc đồng M3 cao 30mm

- Tầng 1 được gắn 2 động cơ V1 phía chiều rộng của tấm Mica Hộp đế pin cell và

module L298 được gắn về hai mặt của tấm Mica

- Tầng 2 gồm một PCB 4x6 chứa module cảm biến MPU6050 và module Bluetooth

HC-06

- Tầng 3 chứa Kit arduino UNO R3 và công tắc ON/OFF của xe.

- Tại mỗi tầng đều được khoan các lỗ vít để cố định các module và được xẻ rãnh để đi dây

Bước 2: Đấu nối dây dẫn

Dây dẫn được đấu nối chi tiết theo sơ đồ nguyên lý sau :

- Đấu nối L298 điều khiển động cơ :

+ Động cơ V3 được nối với 4 cổng OUTA , OUTB , OUTC , OUTD của L298

+ Các chân INA, INB, INC, IND, ENA, ENB của L298 lần lượt được nối với các chân

4, 8, 5, 7, 3, 6 của Kit arduino

- Đấu nối MPU 6050:

+ Chân VCC nối chân 3,3v của Kit

+ Chân GND nối GND của Kit

+ Chân SCL, SDA, INT lần lượt nối với A5, A4, 2 của Kit arduino

- Đấu nối module bluetooth HC-06 :

+ Chân 5V nối chân 5V của kit để cấp nguồn cho module

+ Chân GND nối chân GND của kit để cấp mass cho module

+ Chân TX nối với chân RX của Kit

+ Chân RX nối với chân TX của Kit

Sơ đồ nguyên lý

 Bước 3

- Nạp CODE điều khiển :

- Phần chương trình được lập trình trên phần mềm Arduino 1.8.0.

 Bước 4

- Sử dụng phần mềm điều khiển bằng điện thoại

-Ở đây chúng em sử dụng phần mềm BLUETOOTH SPP PRO có giao diện điều khiển như sau :

 Sản phẩm hoàn thiện

GND 7.4V

HC06

Hình 2.1: Sơ đồ khối của hệ thống

Khối nguồn: Sử dụng 2 cell pin Ultra Fire Lithium-Ion, mỗi cell pin có điện áp 3,7V

mắc nối tiếp thành bộ nguồn 7,4V cung cấp cho khối điều khiển, khối chấp hành

Khối điều khiển: Xuất tín hiệu đến khối chấp hành theo chương trình đã được thiết lậpsẵn Bao gồm: Kit Arduino UNO, Module L28N, Module MPU-6050 GY-521, ModuleBluetooth HC06

Khối chấp hành: Nhận tín hiệu từ khối điều khiển, thực hiện các lệnh điều khiển do khối

điều khiển đưa ra tạo sự chuyển động của động cơ Bao gồm: motor trái,phải

2.1.2 Khối điều khiển

2.1.2.1 Mạch điều khiển động cơ sử dụng modul L298N

* Giới thiệu về modul L298N

Hình ảnh thực:

12V input from DC power source GND 5V input or 5V Output

L298N Dual H-Bridge Internal 5V voltage Regulator

Out 3: Motor B lead out Out 4: Motor B lead out

Out 1: Motor A lead out

Out 2: Motor A lead out

Hình 2.2: Module điều khiển động cơ L298N

Hình 2.3: Module điều khiển động cơ L298N

* Thông số kĩ thuật

- Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H

- Điện áp điều khiển: +5 V ~ +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 (Arduino có thể chơi đến 40mA nên khỏe re nhécác bạn)

- Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 )℃)

- Nhiệt độ bảo quản: -25 ~ +130 ℃) ℃)

*Cấu tạo

Các chân tín hiệu

1.DC motor 1 “+” hoặc stepper motor A+

2.DC motor 1 “-” hoặc stepper motor A

-3.12V jumper- tháo jumper ra nếu sử dụng nguồn trên 12V Jumper này dùng để cấp nguồncho IC ổn áp tạo ra nguồn 5V nếu nguồn trên 12V sẽ làm cháy IC nguồn

4.Cắm dây nguồn cung cấp điện áp cho motor từ 6V đến 35V

5.Cắm dây GND của nguồn

6.Ngõ ra nguồn 5V, nếu jumper đầu vào không rút ra

7.Chân Enable của Motor 1, chân này dùng để cấp xung PWM cho motor nếu dùng VĐKthì rút jumper ra và cắm chân PWM vào.Giữ nguyên khi dùng với động cơ bước

13.DC motor 2 “+” hoặc stepper motor B+

14 DC motor 2 “-” hoặc stepper motor B

Modul L298N là một modul điều khiên động cơ, động cơ ở đây là động cơ giảm tốc Đểlinh hoạt trong việc giữ ổn định cho xe được cân bằng thì động cơ phải đảo chiều quay liêntục nhờ mạch cầu H được tích hợp trong modul điều khiển động cơ L298N

Mặt khác, để kiểm soát hướng quay, chúng ta chỉ cần đảo chiều hướng dòng điện mộtchiều qua động cơ, và phương pháp phổ biến nhất là sử dụng một cầu H Một mạch H-Bridge chứa bốn thành phần chuyển mạch, bóng bán dẫn hoặc MOSFET, với động cơ ởtrung tâm tạo thành một cấu hình giống H Bằng cách kích hoạt hai thiết bị chuyển mạch cụthể cùng một lúc, chúng ta có thể thay đổi hướng dòng điện hiện tại, do đó thay đổi hướngquay của động cơ

Vì vậy, nếu chúng ta kết hợp hai phương pháp này, PWM và H-Bridge, chúng ta có thể

có một sự kiểm soát hoàn toàn trên động cơ DC Có rất nhiều trình điều khiển động cơ DC

có các tính năng này và modul L298N là một trong số đó

*Giới thiệu về mạch cầu H

Xét một cách tổng quát, mạch cầu H là một mạch gồm 4 "công tắc" được mắc theo hìnhchữ H

M +

-+12V

Hình 2.4: Mạch cầu H gồm 4 công tắc

Bằng cách điều khiển 4 "công tắc" này đóng mở, ta có thể điều khiển được dòng điện quađộng cơ cũng như các thiết bị điện tương tự

Hình 2.5: Điều chỉnh dòng điện chạy trong mạch cầu H

4 "công tắc" này thường là Transistor BJT, MOSFET hay relay Tùy vào yêu cầu điều khiểnkhác nhau mà người ta lựa chọn các loại "công tắc" khác nhau

 Mạch cầu H dùng transistor BJT

Mạch cầu H dùng transistor BJT là loại mạch được sử dụng khá thông dụng cho việcđiều khiển các loại động cơ công suất thấp Lí do đơn giản là vì transistor BJT thường cócông suất thấp hơn các loại MOSFET (relay thì không phải bàn rồi), đồng đời cũng rẻ và dễtìm mua, sử dụng đơn giản.

Đây là sơ đồ tổng quát của một mạch cầu H sử dụng transistor BJT

Hình 2.6: Sơ đồ tổng quát mạch cầu H sử dụng BJT

Trong sơ đồ này, A và B là 2 cực điều khiển 4 diode có nhiệm vụ triệt tiêu dòng điệncảm ứng sinh ra trong quá trình động cơ làm việc Nếu không có diode bảo vệ, dòng điệncảm ứng trong mạch có thể làm hỏng các transistor

Transistor BJT được sử dụng nên là loại có công suất lớn và hệ số khếch đại lớn

 Nguyên lí hoạt động của mạch cầu H.

Theo như sơ đồ trên, ta có A và B là 2 cực điều khiển được mắc nối tiếp với 2 điện trởhạn dòng, Tùy vào loại transistor bạn đang dùng mà trị số điện trở này khác nhau Phải đảmbảo rằng dòng điện qua cực Base của các transistor không quá lớn để làm hỏng chúng.Trung bình thì dùng điện trở 1k Ohm

Ta điều khiển 2 cực này bằng các mức tín hiệu HIGH, LOW tương ứng là 12V và 0V.

Nhớ lại rằng:

 Transistor BJT loại NPN mở hoàn toàn khi điện áp ở cực Base bằng điện áp ởcực Collector, trong mạch đang xét hiện tại là 12V

 Transistor BJT loại PNP mở hoàn toàn khi điện áp ở cực Base bằng 0V.

Với 2 cực điều khiển và 2 mức tín hiệu HIGH/LOW tương ứng 12V/0V cho mỗi cực, có

4 trường hợp xảy ra như sau:

 A ở mức LOW và B ở mức HIGH

Ở phía A, transistor Q1 mở, Q3 đóng Ở phía B, transistor Q2 đóng, Q 4 mở Dó đó, dòngđiện trong mạch có thể chạy từ nguồn 12V đến Q1, qua động cơ đến Q4 để về GND Lúcnày, động cơ quay theo chiều thuận

-++12V

Hình 2.7: Dòng điện chạy trọng mạch cầu khi A ở mức LOW và B ở mức HIGH

 A ở mức HIGH và B ở mức LOW

Ở phía A, transistor Q1 đóng, Q3 mở Ở phía B, transistor Q2 mở, Q 4 đóng Dó đó, dòngđiện trong mạch có thể chạy từ nguồn 12V đến Q2, qua động cơ đến Q3 để về GND Lúcnày, động cơ quay theo chiều ngược

-++12V

Hình 2.8: Dòng điện chạy trọng mạch cầu khi B ở mức LOW và A ở mức HIGH

IC L298 là một IC tích hợp nguyên khối gồm 2 mạch cầu H bên trong Với điện áp làmtăng công suất nhỏ như động cơ DC loại vừa…

Tóm tắt chức năng các chân của L298

- 4 chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 được nối lần lượt với các chân 5, 7, 10, 12 của L298.Đây là các chân nhận tín hiệu điều khiển

- 4 chân OUTUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương ứng với các chân INPUT) được nốivới các chân 2, 3,13,14 của L298 Các chân này sẽ được nối với động cơ

- Hai chân ENA và ENB dùng để điều khiển mạch cầu H trong L298 Nếu ở mức logic “1”(nối với nguồn 5V) cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ở mức logic “0” thì mạch cầu Hkhông hoạt động

Với bài toán đặt ra ở trên, ta cần lưu ý đến cách điều khiển chiều quay với L298:

- Khi ENA = 0: Động cơ không quay với mọi đầu vào

- Khi ENA = 1:

INT1 = 1; INT2 = 0: Động cơ quay thuận

INT1 = 0; INT2 = 1: Động cơ quay nghịch

INT1 = INT2: Động cơ dùng ngay tức thì

Với ENB cũng tương tự với INT3, INT4

Trong báo cáo này sử dụng module L298 V3 để điều khiển chiều quay của động cơ DC

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H

* Chức năng : Nhận xung từ board Arduino Uno và truyền tín hiệu ra động cơ giảm tốc 2.1.2.2 Kit Arduino UNO R3 ATMEGA 16U2

* Giới thiệu chung về Arduino UNO R3

* Lịch sử ra đời của Arduino

Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea, nước Ý và được đặt theo tên một vị vua vào thế kỷ thứ 9

là King Arduin

Nó chính thức được đưa ra giới thiệu vào năm 2005 như là một công cụ cho sinh viên họctập của giáo sư Massimo Banzi, một trong những người phát triển Arduino tại trườngInteraction Design Instistute Ivrea (IDII) Dù hầu như không có một sự tiếp thị hay quảngcáo nào nhưng tin tức về Arduino vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ vô vàn lời truyềnmiệng tốt đẹp của những người dùng đầu tiên

Chính vì tính tiện lợi và đơn giản cho người sử dụng mà Arduino đã trở thành một hiệntượng trong làng điện tử thế giới Những sản phẩm của cộng đồng người dùng Arduinocũng như những thiết bị hỗ trợ Arduino lớn đến mức không thể thống kê được Nó pháttriển đến mức mà ta có thể gọi nó là một hệ sinh thái đa dạng như tiêu đề - giống nhưWindows hay Android

Arduino có thể kết nối với những gì ?

Một hệ thống Arduino có thể cung cấp cho người dùng rất nhiều sự tương tác với môitrường xung quanh với:

- Hệ thống cảm biến đa dạng về chủng loại (đo đạc nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc, vận tốc, cường

độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát hiện chuyển động, phát hiện kim loại,khí độc,…),…

- Các thiết bị hiển thị (màn hình LCD, đèn LED,…).

- Các module chức năng (shield) hỗ trợ kêt nối có dây với các thiết bị khác hoặc các kết nối

không dây thông dụng (3G, GPRS, Wifi, Bluetooth, 315/433Mhz, 2.4Ghz,…), …

- Định vị GPS, nhắn tin SMS,…

Nhắc tới dòng mạch Arduino dùng để lập trình, cái đầu tiên mà người ta thường nói tớichính là dòng Arduino UNO Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (R3)

Hinh ảnh thực:

Hình 2.10 – 2.11 Mạch Arduino R3

 Các chân kết nối I/O của Arduino R3

- 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 độ sáng của đèn

- Chân đọc tín hiệu Analog (tín hiệu tương tự)

- GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi dùng các thiết bị sử

dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

- 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.