Nội dung

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 3 tháng 7 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nguyễn Hữu Phước MSSV: 15141254 Võ Thanh Phong MSSV: 15141242 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2015 Lớp: 1514DT2C Họ tên sinh viên: I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH XE ROBOT DÒ TÌM KIM LOẠI ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN THOẠI. II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu:  Mô hình xe điều khiển từ xa bằng ứng dụng điện thoại Adroid.  Xe chạy tiến, chạy lùi, xoay trái, xoay phải, điều chỉnh thay đổi tốc độ di chuyển.  Xe dò tìm, phát hiện các vật kim loại, khi phát hiện kim loại thì phát ra âm thanh cảnh báo.  Sử dụng các module có sẵn trên thị trường để phục vụ thi công đề tài. 2. Nội dung thực hiện:  Tìm hiểu cách thức hoạt động của các mô hình xe robot.  Tìm hiểu về mạch dò kim loại.  Tìm hiểu chuẩn truyền thông UART.  Tìm hiểu về cách điều chế độ rộng xung PWM.  Tìm hiểu về mạch công suất điều khiển động cơ DC.  Tìm hiểu về Arduino Uno R3, module wifi ESP8266.  Tìm hiểu về ứng dụng MIT App Inventor viết phần mềm Android.  Thiết kế và thi công mô hình xe.  Thiết kế giao diện để điều khiển: App android.  Viết chương trình điều khiển cho Arduino và ESP8266, nạp code và chạy thử nghiệm sản phẩm, chỉnh sửa và hoàn thiện hệ thống.  Thực hiện viết luận văn báo cáo.  Tiến hành báo cáo đề tài tốt nghiệp. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 25/02/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/07/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Thầy Hà A Thồi BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---Tp. HCM, ngày 5 tháng 3 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Hữu Phước Lớp: 1514DT2C MSSV: 15141254 Họ tên sinh viên 2: Võ Thanh Phong Lớp: 1514DT2C MSSV: 15141242 Tên đề tài: Thiết kế và thi công mô hình xe Robot dò tìm kim loại điều khiển bằng điện thoại. Tuần/ngày Tuần 1 (25/2 –3/3) Tuần 2 (4/3 – 10/3) Tuần 3 (11/3 – 17/3) Tuần 4 (18/3 – 24/3) Nội dung - Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án, tiến hành chọn đồ án. - GVHD tiến hành xét duyệt đề tài. - Viết đề cương - Viết lịch trình làm đề tài -Tìm hiểu cơ sở lý thuyết liên quan với đề tài: Arduino Uno R3, ESP8266 NodeMCU, động cơ DC giảm tốc, mạch cầu H L298N, các chuẩn giao tiếp, mạch dò tìm kim loại... -Tìm hiểu cơ sở lý thuyết liên quan với đề tài: Arduino Uno R3, ESP8266 NodeMCU, động cơ DC giảm tốc, mạch cầu H L298N, các chuẩn giao tiếp, mạch dò tìm kim loại... - Tìm hiểu về giao tiếp giữa các module và thiết bị. Tuần 5 (25/3 – 31/3) - Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng các khối. - Tính toán thiết kế khối nguồn Xác nhận GVHD Tuần 6 (1/4 – 7/4) -Kết nối tất cả các khối lại và thiết kế sơ đồ toàn mạch, giải thích nguyên lý hoạt động của mạch. - Vẽ PCB Tuần 7 (8/4 – 14/4) Tuần 8 (15/4 – 21/4) Tuần 8 (15/4 – 21/4) Tuần 9 (22/4 –28/4) Tuần 10 (29/4 – 5/5) Tuần 11 (6/5 – 12/6) - Lập trình cho vi điều khiển và tiến hành thi công mạch - Lập trình cho vi điều khiển và tiến hành thi công mạch - Lập trình cho vi điều khiển và tiến hành thi công mạch - Lập trình cho vi điều khiển và tiến hành thi công mạch - Kiểm tra mạch thi công. - Viết báo cáo những nội dung đã làm. - Hoàn thiện báo cáo và gởi cho GVHD để xem xét góp ý lần cuối trước khi in và báo cáo. - Nộp quyển báo cáo. Tuần 12 - Làm slide báo cáo và báo cáo đề tài. (13/6 – 19/6) GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Người thực hiện đề tài Nguyễn Hữu Phước Võ Thanh Phong LỜI CẢM ƠN Sau khi đã hoàn thành đề tài, lời nói đầu tiên nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các quý Thầy, Cô của Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh chung và đặc biệt là các Thầy, Cô của Khoa Điện - Điện Tử nói riêng đã dành hết tâm huyết giảng dạy, truyền đạt những kinh nghiệm và những kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt 4 năm học vừa qua, tạo tiền đề để thực hiện được đề tài này và tạo nền tảng cho tương lai sau này của chúng em. Nhóm em xin cảm ơn sâu sắc và chân thành nhất tới Thầy Hà A Thồi đã trực tiếp hướng dẫn chúng em một cách tận tình nhất trong suốt quá trình làm đề tài, Thầy luôn tạo điều kiện và hỗ trợ chúng em hết sức mình, cung cấp các thiết bị và đưa ra hướng đi, cách giải quyết phù hợp nhất để chúng em vượt qua khó khăn. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn Thầy. Cuối cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã giúp đỡ về vật chất lẫn tinh thần để nhóm em có thể hoàn thành đề tài này dễ dàng hơn. Xin cảm ơn mọi người. Trong quá trình tìm hiểu và thực hiện đề tài, vì thời gian và kiến thức của chúng em có giới hạn nên không thể có những thiếu sót. Vì vậy, nhóm chúng em mong rằng sẽ nhận những đóng góp quý báu của các Thầy, Cô để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn. Người thực hiện đề tài Nguyễn Hữu Phước Võ Thanh Phong MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .....................................................................................i LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................... iii LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................................vi MỤC LỤC ......................................................................................................................... vii DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................................... x DANH MỤC BẢNG .........................................................................................................xiv TÓM TẮT........................................................................................................................... xv Chương 1. TỔNG QUAN..................................................................................................... 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................................... 1 1.2. MỤC TIÊU ................................................................................................................ 1 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..................................................................................... 2 1.4. GIỚI HẠN ................................................................................................................. 2 1.5. BỐ CỤC .................................................................................................................... 2 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................................... 4 2.1. TỔNG QUAN VỀ MẠCH DÒ KIM LOẠI .............................................................. 4 2.1.1. Lịch sử phát triển ................................................................................................ 4 2.1.2. Ứng dụng ............................................................................................................ 5 2.1.3. Khoảng cách để nhận dạng được kim loại ......................................................... 6 2.1.4. Các phương pháp dò kim loại............................................................................. 7 2.1.5. Một số sản phẩm máy dò kim loại có trên thi trường hiện nay ........................ 11 2.2. ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG PWM .......................................... 12 2.2.1. Giới thiệu .......................................................................................................... 12 2.2.2. Nguyên lý điều chế độ rộng xung PWM .......................................................... 12 2.2.3. Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM ..................................................... 14 2.2.4. Ứng dụng của điều chế độ rộng xung PWM trong điều khiển ......................... 14 2.3. CHUẨN GIAO TIẾP UART................................................................................... 15 2.3.1. Khái niệm ......................................................................................................... 15 2.3.2. Các đặc điểm quan trọng trong chuẩn truyền thông UART ............................. 16 2.3.3. Ứng dụng .......................................................................................................... 18 2.3.4. Ưu và nhược điềm ............................................................................................ 18 2.4. CHUẨN GIAO TIẾP WI-FI ................................................................................... 18 2.4.1. Giới thiệu .......................................................................................................... 18 2.4.2. Nguyên tắc hoạt động ....................................................................................... 19 2.4.3. Một số chuẩn kết nối ........................................................................................ 19 2.5. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ................................................................................... 21 2.5.1. Arduino Uno R3 ............................................................................................... 21 2.5.2. Module Wifi ESP8266 NodeMCU ................................................................... 28 2.5.3. Mạch cầu H L298N .......................................................................................... 32 2.5.4. Động cơ DC giảm tốc ....................................................................................... 35 2.5.5. Giới thiệu IC 555 và mạch tạo dao động bằng IC 555. .................................... 41 2.5.6. Giới thiệu vi điều khiển PIC 16F690 ............................................................... 44 2.5.7. Nguồn pin ......................................................................................................... 45 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ........................................................................... 47 3.1. GIỚI THIỆU ............................................................................................................ 47 3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ............................................................ 47 3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ............................................................................ 47 3.2.2. Tính toán và thiết kế ......................................................................................... 48 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................................................. 67 4.1. GIỚI THIỆU ............................................................................................................ 67 4.2. THI CÔNG HỆ THỐNG ......................................................................................... 67 4.2.1. Thi công board mạch ........................................................................................ 67 4.2.2. Lắp ráp và kiểm tra ........................................................................................... 71 4.3. ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ................................................................ 74 4.4. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ....................................................................................... 78 4.4.1. Lưu đồ giải thuật............................................................................................... 78 4.4.2. Giao diện điều khiển ......................................................................................... 87 4.4.3. Giới thiệu các phần lập trình vi điều khiển ...................................................... 90 4.4.4. Phần mềm lập trình cho điện thoại ................................................................... 92 4.5. VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC .................................... 95 4.5.1. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng ....................................................................... 95 4.5.2. Quy trình thao tác ............................................................................................. 97 Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ............................................................. 99 5.1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .......................................................................................... 99 5.1.1. Tổng quát kết quả đạt được .............................................................................. 99 5.1.2. Kết quả mạch dò kim loại ............................................................................... 100 5.1.3. Kết quả mạch điều khiển trung tâm ................................................................ 102 5.1.4. Mô hình xe hoàn chỉnh ................................................................................... 103 5.1.5. Kết quả ứng dụng điều khiển.......................................................................... 104 5.2. NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ ..................................................................................... 106 Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...................................................... 108 6.1. KẾT LUẬN ........................................................................................................... 108 6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................................................ 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 110 PHỤ LỤC ......................................................................................................................... 112 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1. Máy dò kim loại.................................................................................................... 4 Hình 2.2. Các anh bộ đội đang rà phá bom mìn. .................................................................. 5 Hình 2.3. Một số máy dò kim loại sử dụng trong ngành may măc. ..................................... 6 Hình 2.4. Phương pháp BFO. ............................................................................................... 8 Hình 2.5. Phương pháp VLF. ............................................................................................... 9 Hình 2.6. Máy dò kim loại Super Scanner Garrett-1165180.............................................. 11 Hình 2.7. Máy Dò Kim Loại MD5008. .............................................................................. 12 Hình 2.8. Một số dạng sóng điều chế độ rộng xung. .......................................................... 13 Hình 2.9. Một số dạng sóng điều chế độ rộng xung và điện áp trung bình tương ứng. ..... 14 Hình 2.10. Kết nối UART giữa hai vi điều khiển. ............................................................. 16 Hình 2.11. Các thành phần của một khung dữ liệu. ........................................................... 16 Hình 2.12. Kết nối Wifi giữa các thiết bị. .......................................................................... 19 Hình 2.13. Các chuẩn kết nối Wifi. .................................................................................... 20 Hình 2.14. Một số loại Arduino.......................................................................................... 22 Hình 2.15. Hình ảnh thực tế Arduino Uno R3. .................................................................. 23 Hình 2.16. Robot. ............................................................................................................... 27 Hình 2.17. Drone. ............................................................................................................... 27 Hình 2.18. Máy in 3D. ........................................................................................................ 28 Hình 2.19. Sơ đồ chân chip ESP8266EX. .......................................................................... 29 Hình 2.20. Hình ảnh module wifi ESP8266 nodeMCU ngoài thực tế. .............................. 31 Hình 2.21. Sơ đồ chân của ESP8266. ................................................................................. 32 Hình 2.22. Mạch cầu L298N. ............................................................................................. 33 Hình 2.23. Mạch nguyên lý mạch cầu H L298N................................................................ 34 Hình 2.24. Cấu tạo của một động cơ giảm tốc. .................................................................. 35 Hình 2.25. Cấu tạo động cơ DC. ........................................................................................ 36 Hình 2.26. Ảnh thực tế của stato. ....................................................................................... 37 Hình 2.27. Ảnh thực tế của rôto. ........................................................................................ 38 Hình 2.28. Cấu tạo hộp giảm tốc. ....................................................................................... 40 Hình 2.29. Động cơ giảm tốc DC. ...................................................................................... 41