Đồ án Thiết kế và thi công mô hình xe robot dò tìm kim loại điều khiển bằng điện thoại
Có thể thấy thế giới đang trong thời kì thay đổi ngày càng văn minh và hiện đại hơn một cách không ngừng. Vì vậy, đời sống càng hiện đại càng không thể thiêú sự hiện diện của các thiết bị điện tử. Các thiết bị này xuất hiện ở khắp mọi nơi phục vụ cho lợi ích của con người, từ sinh hoạt cho đến sản xuất. Mọi thiết bị điện tử lúc bấy giờ tập trung vào sự chính xác, tốc độ nhanh là trong những thứ mà người tiêu dùng cần thiết khi sử dụng. Và trong những số đó nền công nghệ đang được phát triển và ưa chuổng trong lúc bấy giở đó là công nghệ điều khiển từ xa. Nó đã góp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bị mà con người ta chỉ cần ngồi tại chỗ mà không cần phải đến trực tiếp thiết bị vận hành. Hiện nay ứng dụng lớn nhất của ngành điện tử điều khiển từ xa này là thiết kế những ngôi nhà thông minh, ứng dụng này dường như ngày nay đã khá là phổ biến. Ngoài việc tạo ra các thiết bị sản phẩm để phục vụ cho cuộc sống sinh hoạt và sản xuất, mà hiện nay nhiều loại sản phẩm Robot thông minh đã được sáng lập ra rất nhiều và đa dạng ở trên thế giới, và việc tạo ra những sản phẩm Robot này nhằm mục đính chính là nghiên cứu và làm thay con người những điều mà con người không thể làm được với tốc độ làm việc nhanh với độ chính xác cao. Trong quá trình tìm hiểu, nghiên cứu các ứng dụng xung quanh đời sống nhóm đã xem xét và thấy rằng những mạch dò kim loại thời nay thường được trực tiếp con người sử dụng, ở những nơi nguy hiểm hoặc những địa hình khó tiếp cận mà con người không thể trực tiếp làm việc, vì vậy nhóm đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế và thi công mô hình xe Robot dò tìm kim loại điều khiển bằng điện thoại” để tạo tiền đề xa hơn trong việc dò kim loại sau này trong tương lai. Nội dung chính trong đề tài: Thiết kế ra một mạch dò kim loại. Sử dụng Arduino UNO R3, Module ESP8266 NodeMCU làm khối điều khiển trung tâm. Thiết kế giao diện diện khiển trên điện thoại Android. Sử dụng module L298N điều khiển động cơ.
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiết kế và thi công mô hình xe robot dò tìm kim loại điều khiển bằng điện thoại, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o----
Tp. HCM, ngày 3 tháng 7 năm 2019
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: 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
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: Thầy Hà A Thồi
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----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 Nội dung
Xác nhận
GVHD
Tuần 1
(25/2 –3/3)
- Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án, tiến
hành chọn đồ án.
- GVHD tiến hành xét duyệt đề tài.
Tuần 2
(4/3 – 10/3)
- Viết đề cương
- Viết lịch trình làm đề tài
Tuần 3
(11/3 – 17/3)
-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...
Tuần 4
(18/3 – 24/3)
-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...
Tuần 5
(25/3 – 31/3)
- Tìm hiểu về giao tiếp giữa các module và thiết bị.
- Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng
các khối.
- Tính toán thiết kế khối nguồn
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)
- Lập trình cho vi điều khiển và tiến hành thi công
mạch
Tuần 8
(15/4 – 21/4)
- Lập trình cho vi điều khiển và tiến hành thi công
mạch
Tuần 8
(15/4 – 21/4)
- Lập trình cho vi điều khiển và tiến hành thi công
mạch
Tuần 9
(22/4 –28/4)
- Lập trình cho vi điều khiển và tiến hành thi công
mạch
Tuần 10
(29/4 – 5/5)
- Kiểm tra mạch thi công.
- Viết báo cáo những nội dung đã làm.
Tuần 11
(6/5 – 12/6)
- 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
(13/6 – 19/6)
- Làm slide báo cáo và báo cáo đề tài.
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
Hình 2.30. Các dạng hình dáng chân của IC 555 trong thực tế. ......................................... 42
Hình 2.31. Sơ đồ chân và sơ đồ khối IC 555. ..................................................................... 42
Hình 3.8. Mạch dao động sử dụng IC 555. ........................................................................ 44
Hình 2.32. Vi điều khiển PIC 16F690. ............................................................................... 45
Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống. ................................................................................................... 47
Hình 3.2. Module Arduino UNO R3. ................................................................................. 49
Hình 3.3. Kết nối Arduino UNO R3 với module ESP8266 NodeMCU............................. 51
Hình 3.4. Động cơ giảm tốc DC. ........................................................................................ 51
Hình 3.5. Sơ đồ kết nối giữa Arduino và module L298N. ................................................. 54
Hình 3.6. Kết nối giữa động cơ DC và module L298. ....................................................... 55
Hình 3.7. Sơ đồ khối mạch cảm biến phát hiện kim loại. .................................................. 56
Hình 3.9. Sơ đồ nguyên lý mạch dao động. ....................................................................... 57
Hình 3.10. Sơ đồ cấu trúc mạch mạch dao động. ............................................................... 58
Hình 3.11. Sơ đồ mạch khối vi điều khiên PIC16F690. ..................................................... 60
Hình 3.12. Sơ đồ mạch nguồn cung cấp cho khối cảm biến phát hiện kim loại. ............... 61
Hình 3.13. Mạch nguyên lý khối cảm biến phát hiện kim loại. ......................................... 61
Hình 3.14. Buzzer. .............................................................................................................. 62
Hình 3.15. Transistor C1815. ............................................................................................. 63
Hình 3.16. Mạch báo động phát hiện kim loại. .................................................................. 63
Hình 3.17. Nguồn pin cung cấp cho mô hình. .........................................
