Tải bản đầy đủ

Xe điều khiển bluetooth

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỂN THÔNG
----------

BÁO CÁO

VI XỬ LÝ

Đề tài: Xe điều khiển

bluetooth

Giảng viên hướng dẫn:

Lớp:

KSTN-ĐTVT-K61

Hà Nội, tháng 5 năm 2019


Mục lục

1


Danh mục hình vẽ

2


Danh mục bảng biểu

3


Chương 1. Đặt vấn đề
1.1. Xác định đề tài và ứng dụng
Để phục vụ cho môn học Kỹ thuật vi xử lý và thỏa mãn đam mê nhóm em xin tìm
hiểu và nghiên cứu thiết kế xe điều khiển bằng bluetooth.
1.2. Yêu cầu chức năng
Các chức năng cơ bản của mạch:
• Xe di chuyển thông qua sự điều khiển tín hiệu bluetooth bằng app trên điện





thoại.
Có 5 chế độ di chuyển: Tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải, dừng.
Có nút reset.
Sử dụng pin làm nguồn nuôi.
Nhỏ gọn tiện di chuyển, có thẩm mỹ.

1.3. Yêu cầu phi chức năng





Môi trường hoạt động:
Nhiệt độ lý tưởng: 0 – 50 độ C
Áp suất: 1atm. Độ ẩm: 30% - 60% RH
Khả năng hoạt động:
Tốc độ xử lý: Ngay sau khi bấm điều khiển
Cự li hoạt động: 10m so với điều khiển

• Hình dạng kích thước: Thẩm mỹ, di chuyển linh hoạt.
• Tuổi thọ: 1 năm
• Giá thành: 250.000 VNĐ

4


Chương 1. Phân công công việc
1.1. Bảng nhân lực
Bảng 2.1: Bảng nhân lực
STT

1

2

HỌ VÀ
TÊN

VAI
TRÒ

ĐIỂM MẠNH

CÔNG CỤ
HÕ TRỢ

ĐIỂM YẾU

ĐỘ SẴN
SÀNG

Nguyễn
Thành
Trọng Nhật viên

Có Laptop, bộ
Nhiệt tình có ý Nhà xa, chưa
linh kiện cơ bản Luôn
thức trong công hiểu rõ về kiến
luôn
việc
thức điện
Có xe máy


Phát

Nhiệt tình có ý
thức trong công
việc, có kiến thức
về các vi xử lý
thông dụng, ham
học hỏi

Chí Thành
viên

Có Laptop, bộ Luôn
linh kiện cơ bản luôn

Bảng 2.1 là bảng nhân lực của nhóm bao gồm tên các thành viên trong nhóm,
vai trò của từng thành viên, điểm mạnh, điểm yếu của từng thành viên để có thể phân
công công việc cho hợp lý.
1.2. Bảng công việc
Bảng 2.2: Bảng công việc
Tên công việc

Mô tả công việc

Thời
gian

Tìm hiểu sản phẩm,thị trường

Lên ý tưởng, tìm hiểu từ nhu cầu thị trường

14 ngày

Mô tả kỹ thuật

Mô tả yêu cầu chức năng và phi chức năng

10 ngày

Kế hoạch phát triển

Xây dựng và phân công công việc

10 ngày

Thiết kế tổng quan sơ đồ mạch

Xây dựng sơ đồ mạch nguồn 18V

14 ngày

Lựa chọn phương án tối ưu

Chọn linh kiện tối ưu

10 ngày

Thử nghiệm mô phỏng

Chạy thử nghiệm trên phần mềm và bo mạch trắng 5 ngày

Sản xuất mạch

Tìm hiểu các cửa hàng có bán linh kiện cần mua

2 ngày

Đưa sản phẩm ra thị trường

Giới thiệu sản phẩm để xem phản hồi

2 ngày

5


Bảng 2.2 là bảng công việc cần thực hiện bao gồm tên công việc, mô tả và thời gian

Chương 2. Thiết kế kiến trúc
2.1. Sơ đồ khối

Hình 3.1: Sơ đồ khối của mạch
Hình 3.1 mô tả sơ đồ khối của mạch bao gồm 4 khối chính là khối nguồn có
nhiệm vụ cung cấp nguồn nuôi cho toàn mạch ứng với mỗi khối sẽ cần một điện áp
nuôi khác nhau, khối xử lý đóng vai trò là bộ não của mạch, tiếp nhận và xử lý các tín
hiệu thu được để đưa ra những chỉ thị phù hợp cho các khối khác, khối điều khiển động
cơ sẽ nhận tín hiệu từ khối xử lý để điều khiển các động cơ cho xe hoạt động như ý
muốn.
2.2. Khối nguồn
1.1.1. Giới thiệu 7805

Hình 3.2: Sơ đồ chân của 7805
6


Hình 3.2 mô tả sơ đồ chân của IC ổn áp LM7805 với hình bên trái là sơ đồ chân
và hình dạng thực tế của LM7805 còn hình bên phải là ký hiệu của LM7805 trong mô
phỏng và chức năng tương ứng của mỗi chân. Dựa vào hình có thể thấy chân 1 là chân
nối với tín hiệu đầu vào là điện áp muốn hạ xuống và thường ít nhất phải lớn hơn 3V
so với điện áp ra cần ổn định, chân 3 là đầu ra ứng với nguồn nuôi 5V cho mạch, chân
là chân nối đất.
1.1.2. Nguyên lý hoạt động

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn
Hình 3.3 là sơ đồ nguyên lý của khối nguồn để tạo ra nguồn nuôi cho mạch. Do
mạch điện cần tới 3 giá trị điện áp khác nhau để nuôi 3 khối. Điện áp 9V sẽ được lấy
trực tiếp từ pin 9V để nuôi khối điều khiển động cơ, điện áp 9V này sẽ qua 7805 để tạo
ra điện áp 5V đi nuôi khối xử lý và nuôi khối thu phát tín hiệu. Như vậy, khối nguồn
đã được hoàn thành đáp ứng theo yêu cầu đặt ra.
2.3. Khối thu phát tín hiệu
Nhóm chọn HC 06 làm bộ thu phát tín hiệu bluetooth từ điện thoại bởi nó khá
phổ biến, dễ sử dụng, tương thích tốt với các dòng vi xử lý hiện nay.

7


Hình 3.4: Sơ đồ chân của HC06
Hình 3.4 là hình ảnh của module bluetooth HC06. Dựa vào hình có thể thấy
HC06 có 4 chân, cụ thể chức năng của từng chân như sau:





VCC: Chân cấp nguồn cho HC06 sử dụng nguồn nuôi là 3.6V-6V.
GND: Chân nối đất.
TXD: Chân phát dữ liệu, sử dụng mức level cao là 3.3V.
RXD: Chân nhận dữ liệu.

2.4. Khối xử lý
Khối xử lý nhóm sử dụng IC atmega328P bởi một số tính năng nổi trội như tốc độ
nhanh, dễ sử dụng, tương thích tốt với rất nhiều module khác, nó cũng chính là chip
được sử dụng cho các dòng arduino hiện nay rất phổ biến nên cộng đồng người dùng
lớn dễ dàng trong việc tìm lỗi nếu gặp khó khăn.

8


Hình 3.5: Sơ đồ chân của atmega328P
Hình 3.5 mô tả sơ đồ chân của atmega328P và cũng chú thích luôn các chân tương
ứng với chân nào trên arduino để người dùng dễ sử dụng. Có thể thấy atmega328P có
28 chân cụ thể như Bảng 3.1.
Bảng 3.3: Bảng chức năng của các chân trong atmega328
ST
T
1
2
3

4
5
6
7

Tên chân
PC6
PD0,PD1

Chân số

Chức năng

1
2,3

Tín hiệu reset chip
Dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX)
dữ liệu TTL Serial
PD3,PD5- 5,11,12, Ngoài chức năng thông thường để đọc, xuất tín hiệu
6,PB1-3
15,16,17 thì các chân này còn cho phép bạn xuất ra xung PWM
với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng
với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite()
PD2,PD7, 4,13.14, Các chân đọc xuất dữ liệu có 2 mức là 0 và 5V tương
PB0,PB4-5 18,19
ứng với 2 mức logic 0, 1
PB6,PB7
9,10
2 chân tạo dao động cho chip với tần số 16MHz
PC0-5
23-28
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
AREF
21
Chân điện áp tham chiếu
9


8
9

VCC
GND

7,20
8,22

Chân cấp nguồn 5V cho chip
Chân nối đất

2.5. Khối điều khiển động cơ
1.1.3. Cấu trúc
Dựa vào một số tiêu chí như giá thành, tiện lợi dễ sử dụng, điều khiển 2 động cơ
độc lập nhóm đã tìm hiểu và sử dụng IC L293D cho khối điều khiển động cơ.

Hình 3.6: Sơ đồ chân của L293D
Hình 3.6 mô tả sơ đồ chân của IC L293D. L293D là một mạch tích hợp điều khiển
động cơ được sử dụng để lái xe động cơ DC quay theo 2 hướng. Nó là một IC 16 chân
mà có thể kiểm soát 2 động cơ DC cùng một lúc. L293D hoạt động dựa trên đặc trưng
của mạch cầu H, một mạch cho phép điện áp cao chạy theo 2 chiều. Trong L293D có 2
mạch cầu H có thể xoay 2 động cơ DC độc lập. Cụ thể chức năng của từng chân được
mô tả ở Bảng 3.2 dưới đây.
Bảng 3.4: Bảng chức năng chân của L293D
ST
T
1
2
3
4
5
6

Tên chân

Chân số

Enable1,2
Input1-2
Ouput1-2
Enable3,4
Input3-4
Ouput3-4

1
2,7
3,6
9
10,15
11,14

Chức năng
Cho phép cầu H thứ nhất hoạt động
Đầu vào điều khiển cầu H thứ nhất
Đầu ra điều khiển động cơ của cầu H thứ nhất
Cho phép cầu H thứ hai hoạt động
Đầu vào điều khiển cầu H thứ hai
Đầu ra điều khiển động cơ của cầu H thứ hai
10


7
8

VCC
GND

8,16
4,5,12,1
3

Chân cấp nguồn
Chân nối đất

1.1.4. Nguyên lý hoạt động

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý của L293D
Hình 3.7 là sơ đồ nguyên lý khi lắp IC với động cơ để điều khiển. Dựa vào
nguyên lý của mạch cầu H ta có thể tóm gọn nguyên lý làm việc của mạch theo Bảng
2.3
Bảng 3.5: Nguyên lý doạt động của L293D
Chân 2 (Input1) Chân 7 (Input2)
Trạng thái động cơ
1
0
Quay theo chiều kim đồng hồ
0
1
Quay theo chiều ngược lại
0
0
Dừng
1
1
Dừng
Bảng 3.3 là nguyên lý hoạt động của L293D, bảng mô tả nguyên lý của 1 cầu H
trong IC, do IC có mạch cầu H độc lập nên nguyên lý sẽ hoàn toàn tương tự đối với các
chân Input3,4. Nhóm sẽ điều khiển 4 động cơ nên sẽ sử dụng 2 IC293D.
2.6. Sơ đồ đường tín hiệu của mạch
Sau khi tìm hiểu hết tất cả các khối và lựa chọn những linh kiện phù hợp nhóm
vẽ được sơ đồ chi tiết hơn với các tín hiệu cụ thể so với sơ đồ khối ban đầu để từ đó đi
đến mạch mô phỏng.

11


Hình 3.8: Sơ đồ đường tín hiệu của mạch
Cụ thể chức năng của từng đường tín hiệu được nêu rõ trong Bảng 3.4 dưới đây.
Bảng 3.6: Bảng đường tín hiệu của mạch
Tên
Số bit
Chức năng
Serial1 Byte
Dữ liệu khối thu phát nhận được
Serial2 Byte
Dữ liệu khối xử lý phản hồi
Reset
1
Tín hiệu reset chip
Enable 4
Tín hiệu cho phép 4 cầu H hoạt động
Input
8
Tín hiệu vào khối điều khiển động cơ
Ouput 8
Tín hiệu ra điều khiển động cơ
1.3. Thiết kế App điều khiển xe
1.3.1. Thuật toán

Hình 3.9: Lưu đồ thuật toán của app điều khiển xe
Hình 3.9 là lưu đồ thuật toán của app điều khiển xe. Cụ thể hơn thì những tín hiệu được
gửi đi là 1, 2, 3, 4, 6 tương ứng với những tác vụ yêu cầu xe đi tiến, lùi, sang phải, sang
trái. Như vậy nếu nhấn phím tiến xuống và giữ như vậy thì app sẽ gửi tín hiệu 1 yêu
12


cầu xe chạy liên tục cho đến khi nhả phìm tiến ra thì sẽ gửi tín hiệu 6 yêu cầu xe dừng
lại. Tương tự với 3 phím còn lại.
1.3.2. Giao diện của app

Hình 3.10: Giao diện của app điều khiển xe
Giao diện app điều khiển xe như Hình 3.10, với các phím điều khiển xe và phím kết
nối với Module bluetooth HC06

13


Chương 3. Thử nghiệm & mô phỏng
3.1. Giao tiếp giữa Arduino và module Bluetooth HC06
Module HC06 gồm 4 chân GND, VCC, TX, RX Khi kết nối bạn chỉ cần nối chân TX
với chân 0 và chân RX nối với chân 1 trên Arduino sau đó bạn có thể lập trình gửi và
nhận dữ liệu như 1 cổng Serial thông thường. Module này sử dụng loại Slave, khi kết
nối với điện thoại bạn điền mật khẩu mặc định là: 1234.

Hình 4.11. Giao tiếp Arduino UNO và module bluetooth HC06
Hình 4.1 mô tả kết nối của module bluetooth với các chân trên arduino. Cùng với đó sử
dụng ứng dụng S2 Terminal for bluetooth
để thực hiện việc gửi data từ điện thoại
tới module.

Hình 4.12. Data gửi từ app và data nhận được trên adruino
Sau khi nạp code cho Arduino, rồi gửi data từ ứng dụng điện thoại. Hình 4.2 thể hiện
data gửi từ điện thoại qua ứng dụng với data nhận được trên arduino là hoàn toàn trùng
khớp, như vậy thử nghiệm giao tiếp giữa Module HC06 với Arduino đã thành công.

14


3.2. Giao tiếp giữa Arduino và IC L293D
Mỗi IC L293D sử dụng 4 chân tín hiện giao tiếp với Arduino, 4 chân này được kết nối
với những chân Digital D2-D13 (D0 và D1 dùng để giao tiếp với module Bluetooth).
Mỗi IC gồm 2 cặp chân tín hiệu ra, mỗi cặp được nối với 1 motor. Ngoài ra, để IC hoạt
động, cần kết nối các chân GND và VCC của IC với Arduino cũng như các chân
Enable để ở mức cao (nối trực tiếp với VCC).

Hình 4.13. Sơ đồ giao tiếp giữa Arduino và IC L293D
Hình 4.3 thể hiện sơ đồ nối chân từ một IC L293D với Arduino và với 2 motor. Thực
hiện trên board mạch trắng thực tế như Hình 4.4.

Hình 4.14. Lắp trên board trắng
Hình 4.4 thể hiện test thử nghiệm giao tiếp giữa adruino và IC L293D. Sau khi nạp
code,
Motor đã chạy đúng như theo code đã lập trình. Như vậy, việc thử nghiệm L293D và
Arduino đã thành công.
3.3. Giao tiếp giữa chip Atmega328p với Module HC06 và ICL293D
Sau khi thử nghiệm riêng từng giao tiếp thành công, nhóm tiếp tục thử nghiệm lắp
chung Module HC06 và IC L292D với Chip Atmega328p tách từ board Arduino.

15


Hình 4.15. Sơ đồ đi dây
Hình 4.5 thể hiện sơ đồ đi dây kết nối từ chip Atmega328p với IC L293D và HC06.
Đường dây màu đỏ thể hiện nối với dương nguồn (Test nguồn 5V cho Adruino và
L293D). Dây đen là các đường nối đất, dây vàng là đường tín hiệu vào IC L293D, dây
xanh lá là đường tín hiệu ra từ IC tới motor, dây xanh dương thể hiện cho giao tiếp
giữa chip Atmega328 với HC06.

Hình 4.16. Sản phẩm lắp trên board trắng
Hình 4.6 là chiếc xe khi lắp ráp theo sơ đồ đi dây như Hình 4.5, sau khi chip được nạp
code từ board Arduino, sản phẩm đã chạy như mong muốn. Như vậy thử nghiệm giao
tiếp giữa chip Atmega328 với Module HC06 và IC L293D đã thành công.

16


Chương 4. Lắp ráp và hoàn thiện sản phẩm
4.1. Layout và hoàn thiện mạch
Như theo sơ đồ đi dây thử nghiệm ở mục trước, nhóm tiến hành layout sản phẩm, trong
bản layout có thêm 1 số chi tiết như: IC ổn áp để ổn định nguồn cho Atmega328 và
HC06, cũng như thêm 1 nút bấm để reset trạng thái của chip Atmega328.

Hình 5.17. Sơ đồ mạch hoàn chỉnh
Hình 5.1 là sơ đồ mạch hoàn chỉnh, bao gồm các khối nguồn, khối xử lý, khối thu phát
tín hiệu và khối điều khiển động cơ.

Hình 5.18. Mô hình layout 2D và 3D
Hình 5.1 là bản layout trên Altium. Để tránh bị trùng dây và không đi dây giữa 2 chân
IC, nhóm đã thực hiện đi dây 2 lớp. Trên mô hình 2D, đường màu đỏ là dây đi ở lớp
trên (cùng lớp với linh kiện), còn đường màu xanh là dây đi ở lớp dưới.
17


4.2. Mạch thực tế và sản phẩm hoàn thiện
Sau khi layout, nhóm đã đi đặt mạch PCB và mua linh kiện để hàn hoàn thiện sản
phẩm

Hình 5.19. Mạch PCB
Hình 5.3. cho thấy mạch PCB giống như bản layout trên altium với đường đi dây trên
cả 2 lớp, hình bên phải là hình sau khi thực hiện hàn linh kiện và cắm IC lên DIPS.

18


Tài liệu tham khảo
[1] datasheet atmega328
[2] datasheet L293D
[3] datasheet LM7805

19



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×