Đề tài Thiết kế mạch điều khiển từ xa sự dụng Arduino Nano và Module Bluetooth HC05

Nội dung text: Đề tài Thiết kế mạch điều khiển từ xa sự dụng Arduino Nano và Module Bluetooth HC05

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG VIỆT - HÀN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ  THIẾT KẾ XE ĐIỀU KHIỂN TỪ XA SỬ DỤNG MODULE BLUETOOTH HC05 VÀ ARDUINO NANO TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG Sinh viên thực hiện : Hồ Văn Nhắc Mã sinh viên : K12C08249 Giảng viên hướng dẫn : TS. Phan Thị Lan Anh Khóa đào tạo : 2018 - 2021 Đà Nẵng - 01/2020
2. LỜI MỞ ĐẦU Ngày này, xã hội phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật ngày càng hiện đại nên nhù cầu về trao đổi thông tin giải trí, nhu cầu về điều khiển xe từ xa, ngày càng cao. Vì vậy công nghệ không dây ra đời và phát triển mạnh mẽ, tạo rất nhiều thuận lợi cho con người trong đời sống hằng ngày. Trong những năm gần đây công nghệ truyền nhận dữ liệu không dây đang có những bước phát triển các hệ thống điều khiển giáp sát từ xa, đặc biệt là các hệ thống thông minh. Hiện nay, có khá nhiều công nghệ không truyền nhận dữ liệu không dây như RF, Wifi, Bluetooth, NFC, Trong đó Bluetotth là một trong những công nghệ được phát triển từ lâu và luôn được cải tiến để nâng cao tốc độ cũng như khả năng bảo mật. Trên thị trường Việt Nam hiện nay chưa có nhiều sản phẩm điều khiển thiết bị không dây, đa số những sản phẩm hiện có đều là nhập khẩu từ nước ngoài với giá thành cao. Việc nghiên cứu sản phẩm điều khiển xe từ xa có một ý nghĩa lớn, giúp tăng cường thêm sự lựa chọn cho người sự dụng. Sản phẩm được sản xuất trong nước nên giá thành rẻ và góp phần phát triển các hệ thống điều khiển thông minh. Do đó, em quyết định thực hiện đề tài: “Thiết kế mạch điều khiển từ xa sự dụng Arduino Nano và Module Bluetooth HC05”. Để đề tài ứng dụng công nghệ Bluetooth 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. Xuất phát từ nhu cầu thực tế như vậy, sau quá trình tìm hiểu em quyết định thiết kế và thi công “Thiết kế mạch điều khiển từ xa sự dụng Arduino Nano và Module Bluetooth HC05”. 1. Lí do chọn đề tài Trong thời gian qua, khoa học máy tính và sử lý thông tin có những bước tiến vượt bậc và càng ngày có những đóng góp to lớn vào cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật hiện đại. Đặc biệt sự ra đời và phát triển nhanh chóng của ký thuật số làm cho nghành kỹ thuật điện tử trở nên phong phú và đa dạng hơn. Nó góp phần rất lớn trong việc 1
3. đưa kỹ thuật hiện đại thâm nhập rộng rãi vào mọi lĩnh vực của hoạt động sản xuất, kinh tế và đời sống hằng ngày của con người. Với mong muốn tìm hiểu nguyên lý, kỹ thuật trong các hệ thống điều khiển. Được hướng dẫn của cô Phan Thị Lan Anh em đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế mạch xe điều khiển từ xa sử dụng Module Bluetooth HC05 và Arduino Nano” 2. Mục tiêu nghiên cứu - Thực hiện đề tài: “Thiết kế mạch xe điều khiển từ xa bằng Bluetooth HC05” 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 tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Thiết bị phát tín hiệu điều khiển qua sóng Bluetooth: Điện thoại android - Thiết bị nhận tín hiệu của điện thoại là module Bluetooth HC05. - Động cơ DC - Board Arduino Nano: Nắm được cấu trúc phần cứng, lập trình phần mềm và ứng dụng vào mô hình thực tế. 4. Phƣơng 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 ứng dụng chạy trên hệ điều hành Android thực hiện điều khiển. - Mô phỏng thi công mạch. Nội dung của đồ án gồm 4 phần chính nhƣ sau : Chƣơng I: Cơ sở lý thuyết 2
4. Giới thiệu đề tài, mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu Chƣơng II: Thiết kế mạch Gồm thiết kế sơ đồ nguyên lý, sơ đồ khối, cài chương trình trên Android, thiết kế code. Chƣơng III: Thi công mạch Gồm Làm mạch in, lắp ráp linh kiện, hàn mạch, nạp code và thực nghiệm mạch. Kết luận chƣơng và hƣớng phát triển 3
5. CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH 1.2. GIỚI THIỆU VỀ MODUDE BLUETOOTH HC05 1.2.1. Khái niệm Hình 1.1. Modelu bluetooth HC05 1.2.2. Sơ đồ chân HC-05 gồm có Hình 1.2. Sơ đồ chân 1.2.3. Các chế độ hoạt động 1.2.4. Tập lệnh AT 1.3. GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO NANO 1.3.1. Khái niệm Hình 1.3. Arduino Nano 1.3.2. Sơ đồ chân 4
6. Hình 1.4. Sơ đồ chân của Arduino Nano 1.4. MODULE ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ L293D Hình 1.6. L293D thực tế 1.4.1. Giới thiệu 1.4.2. Các thành phần Motor Driver Shield L293D có thể điều khiển 1.4.3. Các chân trên Shield đƣợc kết nối với board Arduino nhƣ sau 1.5. ĐỘNG CƠ GIẢM TỐC VÀNG KÈM THEO BÁNH XE Hình 1.7. Động cơ giảm tốc thực tế 5
7. 1.5.1. Giới thiệu 1.5.2. Thông số kỹ thuật 1.6. BÁNH XE ĐA HƢỚNG Hình 1.8. Bánh xe đa hướng 1.7. TỤ ĐIỆN 1.7.1. Giới thiệu 1.7.2. Ký hiệu 1.7.3. Cấu tạo 1.7.4. Nguyên lý hoạt động 1.8. ĐÈN LED VÀ PIN 1.8.1. Giới thiệu 1.8.2. Cấu tạo Hình 1.11. Cấu tạo của LED 1.8.3. Ký hiệu 1.9. ĐIỆN TRỞ 1.9.1. Giới thiệu 6
8. 1.9.2. Chức năng 1.9.3. Đơn vị của điện trở 1.9.4. Hình dáng và ký hiệu 1.9.5. Nguyên lý hoạt động 1.9.6. Cấu tạo Hình 1.14. Cấu tạo điện trở 1.10. CÔNG TẮC Hình 1.15. Công tắc nguồn 1.11. TRANSISTOR C1815 1.11.1. Giới thiệu 1.11.2. Sơ đồ chân C1815 Hình 1.16. Sơ đồ chân của transistor 7
9. 1.11.3. Các ứng dụng - Mạch cảm biến - Bộ tiền khuếch đại âm thanh - Giai đoạn khuếch đại âm thanh - Chuyển đổi tải dưới 150mA - Mạch RF 1.12. CÒI HÚ Hình 1.17. Còi hú 1.12.1. Giới thiệu 1.12.2. Cơ chế hoạt động của còi hú báo động  Bộ phận cảm biến  Bộ phận xử lý  Bộ phận thực thi 1.13. PC817 Hình 1.18. PC817 8
10. 1.13.1. Giới thiệu 1.13.2. Nguyên lí hoạt động 1.14. DIODE CẦU VUÔNG Hình 1.20. Diode cầu vuông 4 chân 1.15. DOMINO 2  Tính năng chính: - Kết cuối, nối các dây vào trong mạch. Cố định dây bằng ốc vặn. - Có thể ghép nhiều cái với nhau. - Dùng làm cọc nguồn.- Dùng trong các mạch điện tử. Hình 1.21. Domino 2 chân 1.16. MODULE LM2596 Hình 1.22. Module LM2596 9
11. CHƢƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH 2.1. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 2.1.1. Sơ đồ nguyên lý Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý 2.1.2. Sơ đồ khối Hình 2.2. Sơ đồ khối của mạch - Khối xử lý - Khối nguồn - Khối Driver động cơ 10
12. 2.1.3. Gia công mạch in Hình 2.6. Mạch in 2.2. THIẾT KẾ PHẦN MỀM 2.2.1. Cài chƣơng trình cho điện thoại Hình 2.7. Cài App "Arduino Bluetooth RC Car" trên ứng dụng android 2.2.2. Phần mềm trên thiết bị cầm tay Hình 2.8. Phần mềm thiết bị cầm tay trên di động 2.3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 11
13. Đầu tiên, khởi động phần mềm Android “Arduino Bluetooth RC Car”. Phần mềm xuất hiện thông báo cáo bạn có muốn bật Bluetooth không (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 công phần mềm hiện thị màu chấm xanh (chưa kết nối sẽ hiện màu đỏ). Phần mềm gồm có bật (tắt) đèn xe, còi, điều khiển tốc độ nhanh hoặc chậm, tiến,lùi,rẽ phái, rẽ trái, chạy tự động. Giao thức của bo mạch: Giao thức kết nối Bluetooth giữa bo Arduino nano 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 nano 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. Cấp nguồn từ mạch công suất chỉnh lưu 12v cho bo mạch arduino nano. Chân Rx,Tx của HC-05 kết nối với chân 7 và 8 arduino nano. Trên arduino nano, các chân PWM 3.5.6.9.10.11 kết nối với mạch công suất mx 1508 (để điều khiển tốc độ động cơ, độ sáng đèn (dimmer)). Chân 4 và 12 kết nối với Module LM2596 để điều khiển động cơ DC. Bởi vì mạch chỉnh lưu chỉ có dòng 1A cấp cho mạch điều khiển. Nên cần thêm nguồn ngoài cấp là nguồn 5v-2A( sạc dự phòng) cấp cho Module LM2596 và và mạch công suất. 12
14. CHƢƠNG III. THI CÔNG MẠCH 3.1. LÀM MẠCH IN VÀ KHOAN MẠCH Hình 3.1. Mạch in đã hoàn thiện 3.2. LẮP RÁP LINH KIỆN Hình 3.2. Lắp linh kiện vào mạch 3.3. HÀN MẠCH Hình 3.3. Hàn mạch 13
15. Hình 3.4. Đã hàn hoàn thiện 3.4. SỬ DỤNG PHẦN MỀM ARDUINO – SHORTCUT NẠP CODE CHO ARDUINO NANO 3.4.1. Phần mềm Arduino – Shortcut 3.4.2. Tiến hành nạp code 3.5. HOÀN THIỆN MẠCH Hình 3.7. Mạch đã hoàn thiện 14
16. 3.6. THỰC NGHIỆM MẠCH Hình 3.8. Mạch chạy ổn định 3.7. LÀM MÔ HÌNH CHO XE Hình 3.9. Mô hình 15
17. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN  Kết luận Sau khi thực hiện đồ án em đã rút ra được những kết luận quan trọng Báo cáo thực tập cơ sở thiết kế, chế tạo mạch điều khiển từ xa thiết bị thông qua bluetooth: - Nắm rõ được giao tiếp Bluetooth. - Tìm hiểu về hệ điều hành android – - Thực hiện viết ứng dụng trên Android – - Thực hiện kết nối và trao đổi dữ liệu giữa thiết bị cầm tay và Arduino NANO qua module Bluetooth. - Thiết kế kết cấu cơ khí cho khung xe. - Thiết kế các mạch điện cho xe. Về phần cứng: Tìm hiểu về Arduino nano và các linh kiện cũng nhƣ cách thiết kế và làm mạch thủ công. Đi sâu tìm hiểu một số thuật toán điều khiển. Nhận dạng và mô phỏng đối tƣợng điều khiển.  Hƣớng phát triển Mạch xe điều khiển từ xa sự dụng Module Bluetooth này Tích hợp thêm nhiều chức năng cho xe như: truyền hình ảnh, đo nhiệt độ, độ ẩm, khoảng cách vật cản, đo độ nghiêng. Phản hồi được các sự cố về thiết bị cầm tay. Ứng dụng công nghệ Bluetooth vào các hệ thống khác. Những mặt hạn chế trong gian đoạn làm đồ án, chúng em đã rất cố gắng nghiên cứu, thiết kế để có được những kết quả đã nêu trên. Tuy nhiên do thời gian và kiến thức của chúng em có hạn, mặt khác một số điều kiện về thiết bị không cho phép nên trong đồ án còn những hạn chế và thiếu sót. 16