Đồ án Thiết kế và thi công robot đánh trống trường học

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT ĐÁNH TRỐNG TRƯỜNG HỌC GVHD: ThS Phan Vân Hoàn SVTH: Trần Trung Nam MSSV: 15141216 Nguyễn Gia Hậu MSSV: 15141155 Tp. Hồ Chí Minh - 7/2019 ii 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: Trần Trung Nam MSSV: 15141216 Nguyễn Gia Hậu MSSV: 15141155 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông Mã ngành: 52510302 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2015 Lớp: 15141DT1B I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT ĐÁNH TRỐNG TRONG TRƯỜNG HỌC. II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: - Nguyễn Đình Phú, Giáo trình Thực Hành Vi Điều Khiển – ARM STM32, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh, 2014. - Phan Vân Hoàn, Giáo trình Vi Điều Khiển Nâng Cao, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh. 2. Nội dung thực hiện: - Hoạt động của các vi điều khiển, màn hình cảm ứng. - Cách thức tạo ra một ứng dụng di động chạy trên nền tảng hệ điều hành Android. - Tìm hiểu về thời gian thực. - Các ngôn ngữ lập trình, thiết kế. - Tìm hiểu về hoạt động của động cơ cũng như các vật liệu về cơ khí. iii - Xây dựng mô hình Robot đánh trống. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/2/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/6/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Phan Vân Hoàn CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iv 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 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Trần Trung Nam Lớp: 15141DT1B MSSV: 15141216 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Gia Hậu Lớp: 15141DT1B MSSV: 15141155 Tên đề tài: ROBOT ĐÁNH TRỐNG TRONG TRƯỜNG HỌC. Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1 Từ 18/2/2019 đến 24/2/2019 - Gặp GVHD nhận đề tài. - Viết đề cương chi tiết. Tuần 2 Từ 25/2/2019 đến 3/3/2019 -Tìm hiểu các đề tài đã nghiên cứu liên quan về robot đánh trống trường học. Tuần 3 Từ 4/3/2019 đến 10/3/2019 -Gặp GVHD để báo cáo hướng thực hiện đề tài. Tuần 4 Từ 11/3/2019 đến 17/3/2019 - Tìm hiểu về cơ cấu đánh trống và thiết kế khung Robot. v Tuần 5 Từ 18/3/2019 đến 24/3/2019 -Báo cáo tiến độ với GVHD. -Vẽ mô phỏng cơ cấu, mua thiết bị để gia công cơ khí. -Tìm hiểu giao tiếp giữa STM32F407 với màn hình cảm ứng, ESP8266. Tuần 6 Từ 25/3/2019 đến 31/3/2019 -Báo cáo tiến độ với GVHD. -Lập trình giao tiếp giữa STM32F07 với động cơ bước và màn hình cảm ứng. Tuần 7 Từ 1/4/2019 đến 7/4/2019 -Báo cáo tiến độ với GVHD. -Thiết kế giao diện cho màn hình cảm ứng và thi công khung Robot. Tuần 8 Từ 8/4/2019 đến 14/4/2019 - Báo cáo tiến độ với GVHD. - Tìm hiểu điều khiển màn hình bằng cảm ứng. -Giao tiếp Module ESP8266. Tuần 9 Từ 15/4/2019 đến 21/4/2019 -Tiếp tục điều khiển màn hình bằng cảm ứng. - Giao tiếp giữa ESP8266 với Firbase.trình giao diện bán hàng hoàn chỉnh. Tuần 10 Từ 22/4/2019 đến 28/4/2019 - Viết App trên điện thoại. - Điều khiển động cơ đánh trống theo nhịp.. Tuần 11 Từ 29/4/2019 đến 5/5/2019 -Giao tiếp giữa STM32F407 với ESP8266 và App trên điện thoại. - Thi công đế gác trống. Tuần 12 Từ 6/5/2019 đến 12/5/2019 - Báo cáo tiến độ với GVHD. -Chỉnh sửa phần điều khiển cảm ứng và giao diện điều khiển. - Chỉnh sửa giao diện App. Tuần 13 Từ 13/5/2019 đến 19/5/2019 -Chỉnh sửa điều khiển đánh trống. -Viết báo cáo - Hoàn thành khung robot và lắp ráp mô hình. vi Tuần 14 Từ 20/5/2019 đến 26/5/2019 -Chạy thử nghiệm và khắc phục lỗi. - Viết báo cáo. Tuần 15 Từ 27/5/2019 đến 2/6/2019 -Báo cáo tiến độ với GVHD. - Kiểm tra hoạt động của toàn hệ thống. Tuần 16 Từ 3/6/2019 đến 9/6/2019 -Khắc phục lỗi hệ thống. -Quay video clip hướng dẫn. Tuần 17 Từ 10/6/2019 đến 16/6/2019 -Hoàn thiện báo cáo, chuẩn bị gặp GVPB và bảo vệ. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) vii LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do nhóm 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 Trần Trung Nam Nguyễn Gia Hậu viii LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thành đề tài này, nhóm sinh viên thực hiện xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã hướng dẫn, truyền đạt kiến thức cho nhóm trong suốt quá trình học tập. Đặc biệt, nhóm xin chân thành cảm ơn Thầy Phan Vân Hoàn đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp. Nhóm xin được phép gửi đến thầy lòng biết ơn, lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất. Bên cạnh đó, nhóm cũng xin cảm ơn các anh, chị khóa trước cũng như các bạn sinh viên trong lớp 15141DT1B đã nhiệt tình đóng góp ý kiến và chia sẻ kinh nghiệm, cảm ơn gia đình đã tạo điều kiện, động viên, chia sẻ và tiếp thêm động lực để giúp nhóm có thể hoàn thành đề tài này. Cuối cùng, dù đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt ra đảm bảo thời hạn nhưng do kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Trần Trung Nam Nguyễn Gia Hậu ix MỤC LỤC TRANG BÌA ..................................................................................................................... i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................................ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ..................................................... iv LỜI CAM ĐOAN ..........................................................................................................vii LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. viii MỤC LỤC ....................................................................................................................... ix LIỆT KÊ HÌNH VẼ .......................................................................................................xii LIỆT KÊ BẢNG ........................................................................................................... xvi TÓM TẮT ................................................................................................................... xvii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................... 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ: ......................................................................................................... 1 1.2. MỤC TIÊU ................................................................................................................ 1 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..................................................................................... 1 1.4. GIỚI HẠN ................................................................................................................. 2 1.5. BỐ CỤC .................................................................................................................... 2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................. 3 2.1. GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN STM32F4VG: ........................................................ 3 2.1.1. Giới thiệu: .............................................................................................................. 3 2.1.2. Thông số kỹ thuật: .................................................................................................. 3 2.2. ESP8266 VÀ MODULE NODEMCU v1.0 .............................................................. 4 2.2.1. Giới thiệu ESP8266 ................................................................................................ 4 2.2.2. Thông số kỹ thuật ................................................................................................... 5 2.2.3. Chức năng của module ESP8266 ........................................................................... 5 2.2.4. NodeMCU v1.0 ...................................................................................................... 6 2.3. MODULE ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TB6600 ........................................................ 7 2.3.1 Giới thiệu: ............................................................................................................... 7 2.3.2 Thông số kỹ thuật: ................................................................................................... 8 2.3.3 Cài đặt và ghép nối: ................................................................................................. 8 x 2.4. ĐỘNG CƠ BƯỚC .................................................................................................... 9 2.4.1 Giới thiệu ................................................................................................................. 9 2.4.2. Các loại động cơ bước .......................................................................................... 10 2.4.3. Cách điều khiển động cơ bước ............................................................................. 12 2.5 MÀN HÌNH CẢM ỨNG ......................................................................................... 13 2.5.1. Giới thiệu .............................................................................................................. 13 2.5.2. Thông số kỹ thuật: ................................................................................................ 13 2.6. CHUẨN GIAO TIẾP UART .................................................................................. 13 2.6.1. Giới thiệu .............................................................................................................. 13 2.6.2. Các thông số cơ bản của chuẩn truyền ................................................................. 15 2.7. GOOGLE FIREBASE ............................................................................................ 15 2.7.1. Giới thiệu .............................................................................................................. 15 2.7.2. Các chức năng chính của Google Firebase .......................................................... 16 2.7.3. Những lợi ích từ Google ...................................................................................... 16 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .............................................................. 18 3.1. GIỚI THIỆU: .......................................................................................................... 18 3.2. YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG: .......................................................... 18 3.2.1. Yêu cầu của hệ thống: .......................................................................................... 18 3.2.2. Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối:...................................................................... 18 3.2.3. Hoạt động của hệ thống: ...................................................................................... 19 3.3. THIẾT KẾ: .............................................................................................................. 19 3.3.1. Khối điều khiển trung tâm chính: ........................................................................ 19 3.3.2. Khối giao tiếp WiFi:............................................................................................. 21 3.3.3. Khối công suất: .................................................................................................... 23 3.3.4. Khối động cơ: ....................................................................................................... 24 3.3.5. Khối điều khiển và hiển thị: ................................................................................. 26 3.3.6. Khối nguồn: .......................................................................................................... 28 3.3.7. Khối Firebase - app Android: ............................................................................... 31 3.4. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TOÀN MẠCH: .................................................................. 32 3.4.1. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch: ................................................................................. 32 3.4.2. Giải thích sơ đồ: ................................................................................................... 32 3.5. THIẾT KẾ KHUNG ROBOT: ................................................................................ 32 xi 3.5.1. Khung máy: .......................................................................................................... 32 3.5.2. Các vật liệu khác: ................................................................................................. 33 CHƯƠNG 4: THI CÔNG ............................................................................................ 36 4.1. GIỚI THIỆU ............................................................................................................ 36 4.2. THI CÔNG BO MẠCH .......................................................................................... 36 4.2.1 Thi công bo mạch: ................................................................................................. 36 4.2.2. Lắp ráp và kiểm tra: ............................................................................................. 38 4.3. ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH: ............................................................... 41 4.3.1. Đóng gói bộ điều khiển: ...................................................................................... 41 4.3.2. Thi công mô hình: ................................................................................................ 41 4.4. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ....................................................................................... 45 4.4.1. Lưu đồ giải thuật ................................................................................................. 45 4.4.2 Phần mềm lập trình: ............................................................................................ 50 4.5. VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC: .................................. 65 4.5.1. Viết tài liệu hướng dẫn ......................................................................................... 65 4.5.2. Quy tắc thao tác ................................................................................................... 72 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN ...................................................................... 73 5.1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC: ........................................................................................ 73 5.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM: .................................................................................. 73 5.2.1 Mô hình sản phẩm: ................................................................................................ 73 5.2.2 Khởi động hệ thống: .............................................................................................. 74 5.2.3 Quan sát thời gian: ................................................................................................ 74 5.2.4 Đánh trống: ............................................................................................................ 75 5.3 NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ: .................................................................................... 77 5.3.1 Nhận xét: ............................................................................................................... 77 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .......................................... 80 6.1 KẾT LUẬN ............................................................................................................. 80 6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN: ......................................................................................... 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... xviii xii LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1 Kit STM32F407VG .......................................................................................... 3 Hình 2.2 Module NodeMCU ESP8266 ............................................................................ 5 Hình 2.3 Sơ đồ chân board NodeMCU v1.0 .................................................................... 7 Hình 2.4 Module TB6600 ................................................................................................ 7 Hình 2.5 Động cơ bước đơn cực .................................................................................... 10 Hình 2.6 Động cơ bước lưỡng cực ................................................................................. 11 Hình 2.7 Hình dây động cơ ............................................................................................ 12 Hình 2.8 Truyền dữ liệu UART ..................................................................................... 14 Hình 2.9 Hệ thống CSDL Realtime của Firebase .......................................................... 15 Hình 2.10 Tạo Project mới trong Firebase .................................................................... 16 Hình 3.1 Sơ đồ khối ....................................................................................................... 18 Hình 3.2 Sơ đồ của STM32F407VG. 20 Hình 3.3 Module ESP8266 ............................................................................................ 22 Hình 3.4 Giao tiếp ESP8266 với STM32F407VG ......................................................... 22 Hình 3.5 Module TB6600 .............................................................................................. 23 Hình 3.6 Kết nối của module TB6600 với STM32F407VGT6 ..................................... 24 Hình 3.7 Động cơ bước 57HS11240A4D8 .................................................................... 25 Hình 3.8 Kết nối động cơ với Module TB6600 ............................................................. 25 Hình 3.9 Màn hình cảm ứng .......................................................................................... 27 Hình 3.10 Giao tiếp màn hình cảm ứng với STM32F407VGT6 ................................... 28 Hình 3.11 Nguồn tổ ông 24V-5A ................................................................................... 29 Hình 3.12 Nguồn Adapter 12V-2A. ............................................................................... 30 Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ........................................................................... 32 Hình 3.15 Cơ chế đòn bẫy .............................................................................................. 33 Hình 3.16 Khung máy .................................................................................................... 33 Hình 3.17 Thép hộp ........................................................................................................ 34 Hình 3.18 Ống thép liền mạch ....................................................................................... 34 Hình 3.19 Vòng bi và gói đỡ .......................................................................................... 35 Hình 3.20 Lò xo kéo .............................................................................