Báo cáo BLT nhóm 15Tài liệu học tập cho môn kĩ thuật lập trình PDF

Preview

Summary

Download Báo cáo BLT nhóm 15Tài liệu học tập cho môn kĩ thuật lập trình PDF

Description

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ **********************

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN KĨ THUẬT LẬP TRÌNH Đề tài: Xe mô hình tránh vật cản điều khiển bằng Bluetooth Giảng viên hướng dẫn:

TS. Trương Công Tuấn

Lớp:

Cơ điện tử

Nhóm sinh viên thực hiện:

Nguyễn Minh Hà

20184427

Nguyễn Hải Anh

20184342

Phạm Ngọc Dương

20184413

Hà Nội 8-2021

1

.

Mục lục Tóm tắt công trình....................................................................................................................... 3 I. Đặt vấn đề:............................................................................................................................... 4 II. Các linh kiện cụ thể................................................................................................................ 4 1. Arduino UNO R3................................................................................................................. 4 2. Module điều khiển động cơ L298 mạch cầu H....................................................................5 3. Cảm biến khoảng cách HC-SR04 :.....................................................................................8 4. Bluetooth HC-06:................................................................................................................ 9 5. Động cơ Servo SG -90:...................................................................................................... 11 IV. Sơ đồ nối mạch và sơ đồ thuật toán:....................................................................................14 1. Sơ đồ nối mạch.................................................................................................................. 14 2. Sơ đồ thuật toán................................................................................................................. 14 a. Sơ đồ điều khiển bằng winform..................................................................................... 14 b.Sơ đồ chạy tự động......................................................................................................... 15 V. Lập trình................................................................................................................................ 16 1. Code Arduino:................................................................................................................... 16 2. Code Visual Studio giao diện điều khiển:..........................................................................20 VI. Tài liệu tham khảo:.............................................................................................................. 30

2

Tóm tắt công trình 1. Sản phẩm: Xe mô hình tránh vật cản điều khiển bằng Bluetooth 2. Chức năng: Xe tránh vật cản điều khiển bằng 2 chế độ thông qua window form và modul bluetooth HC-06:  Tự động  Tự điều khiển bằng nút bấm trên window form 3. Linh kiện cấu tạo :  Giá đỡ kích thước 70*85mm  Hai bánh xe đường kính 35mm gắn vào 2 trục động cơ khác nhau  Một bánh xe đa hướng gắn ở đầu xe  2 động cơ DC một chiều  Nguồn pin 12V  Arduino UNO  Module điều khiển động cơ L298 mạch cầu  Cảm biến khoảng các HC-SR04  Động cơ SERVO  Bluetooth HC-06

3

I. Đặt vấn đề: - Các loại máy móc thuần cơ khí ngày nay đã trở nên lỗi thời, việc sử dụng chúng trong sản xuất mất nhiều công sức và thời gian của người sử dụng. Do đó, sự kết hợp giữa các hệ thống cơ điện với điện tử và lập trình tạo ra những đột phá và công dụng vô cùng to lớn. Để chuẩn bị cho thời đại công nghiệp hiện nay, ngay từ khi ngồi trên giảng đường, sinh viên nên học và thực hành với những sản phẩm mang sự kết hợp như vậy. - Mục đích chính của đề tài là áp dụng các kiến thức đã học từ môn học Kĩ thuật Lập trình trong Cơ Điện Tử vào việc thiết kế 1 chiếc xe tự hành có khả năng tự động di chuyển tránh vật cản và điều khiển được qua Bluetooth. - Robot có nhiệm vụ di chuyển theo bảng điều khiển trên máy tính đã được lập trình sẵn thông qua Bluetooth có thể tiến, lùi, quay trái, quay phải, hoặc có thể tự nhận biết vật cản, khoảng cách và tránh vật cản đó.

II. Các linh kiện cụ thể 1. Arduino UNO R3 Một board mạch chủ chính dùng để truyền và nhận dữ liệu từ người sử dụng đến các thiết bị điện tử khác.

4

Các thông số cơ bản: Vi điều khiển Điện áp hoạt động Tần số hoạt động Dòng tiêu thụ Điện áp vào khuyên dùng Điện áp vào giới hạn Số chân Digital I/O Số chân Analog Dòng tối đa trên mỗi chân I/O Dòng ra tối đa (5V) Dòng ra tối đa (3.3V)

SRAM

ATmega328 họ 8bit 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB) 16 MHz khoảng 30mA 7-12V DC 6-20V DC 14 (6 chân hardware PWM) 6 (độ phân giải 10bit) 30 mA 500 mA 50 mA 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader 2 KB (ATmega328)

EEPROM

1 KB (ATmega328)

Bộ nhớ flash

2. Module điều khiển động cơ L298 mạch cầu H

5

Thông số kỹ thuật:          

Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H. Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (=>2A cho mỗi motor) Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃) Nhiệt độ bảo quản: -25 ℃ ~ +130 ℃ L298 gồm các chân: 12V power, 5V power. Đây là 2 chân cấp nguồn trực tiếp đến động cơ. Có thể cấp nguồn 9-12V ở 12V.

*Nguyên lí hoạt động: - Chúng ta có thể điều khiển tốc độ của động cơ DC bằng cách điều khiển điện áp đầu vào của động cơ và phương pháp phổ biến nhất để làm điều đó là sử dụng tín hiệu PWM. - PWM hay thay đổi độ rộng xung là một kỹ thuật cho phép chúng ta điều chỉnh giá trị trung bình của điện áp đến thiết bị điện tử bằng cách bật và tắt nguồn với tốc độ nhanh. Điện áp trung bình phụ thuộc vào chu kỳ xung, hoặc lượng thời gian tín hiệu BẬT so với lượng thời gian tín hiệu TẮT trong một khoảng thời gian quy định.

6

Vì vậy: Tùy thuộc vào kích thước của động cơ, chúng ta có thể chỉ cần kết nối đầu ra Arduino với chân cua điện trở hoặc chân của MOSFET và điều khiển tốc độ của động cơ bằng cách điều khiển đầu ra PWM. Tín hiệu Arduino công suất thấp bật và tắt chân tại MOSFET thông qua đó động cơ công suất cao được điều khiển. Điều khiển động cơ DC bằng mạch cầu H Mặt khác, để điều khiển hướng quay, chúng ta chỉ cần đảo ngược hướng của dòng điện qua động cơ, và phương pháp phổ biến nhất để làm điều đó là sử dụng mạch cầu H. Một mạch cầu H chứa bốn chân chuyển mạch, điện trở hoặc MOSFET, với động cơ ở trung tâm tạo thành một cấu hình giống như chữ H. Bằng cách kích hoạt hai công tắc cụ thể cùng một lúc, chúng ta có thể thay đổi hướng của dòng điện, do đó thay đổi hướng quay của động cơ.

7

3. Cảm biến khoảng cách HC-SR04 : Cảm biến siêu âm có chức năng để đo khoảng cách bằng cách áp dụng công thức tính toán khoảng cách dựa trên thời gian và vận tốc của sóng cao tần do nó phát ra.

*Thông số kĩ thuật:       

Điện áp: 5V DC Dòng hoạt động: < 2mA Mức cao: 5V Mức thấp: 0V Góc tối đa: 15 độ Khoảng cách: 2cm – 450cm (4.5m) Độ chính xác: 3mm

8

*Các chân chức năng: VCC

Cấp nguồn cho cảm biến (5V) hoặc 3.3V ở cảm biến 3V3

TRIGGER Chân phát sóng âm. Là chu kỳ của của điện cao /thấp diễn ra. ECHO

Trạng thái ban dầu là 0V, khi có tín hiệu trả về sẽ là 5V và sau đó trở về 0V

GND

Nối cực âm của mạch

OUT

Không sử dụng

*Nguyên lí hoạt động: Để đo khoảng cách, ta sẽ phát 1 xung rất ngắn (5 microSeconds) từ chân Trig. Sau đó, cảm biến siêu âm sẽ tạo ra 1 xung HIGH ở chân Echo cho đến khi nhận lại được sóng phản xạ ở pin này. Chiều rộng của xung sẽ bằng với thời gian sóng siêu âm được phát từ cảm biển và quay trở lại. Tốc độ của âm thanh trong không khí là 340 m/s (hằng số vật lý), tương đương với 29,412 microSeconds/cm (106 / (340*100)). Khi đã tính được thời gian, ta sẽ chia cho 29,412 để nhận được khoảng cách.

4. Bluetooth HC-06: -Module Bluetooth SLAVE cho phép vi điều khiển kết nối với các thiết bị ngoại vi: smartphone, laptop, usb bluetooth... thông qua giao tiếp Serial gửi và nhận tín hiệu 2 chiều. Module bluetooth được tích hợp trên board cho phép bạn sử dụng nguồn từ DC 3.5 - 5V. - Module Bluetooth SLAVE cho phép vi điều khiển kết nối với các thiết bị ngoại vi: smartphone, laptop, usb bluetooth... thông qua giao tiếp Serial gửi và nhận tín hiệu 2 chiều. 9

- Module bluetooth được tích hợp trên board cho phép bạn sử dụng nguồn từ 3.5V đến 6V cung cấp cho board mà không cần lo lắng về chênh lệch điện áp 3V - 5V gây hỏng board. - Module Bluetooth gồm 6 chân theo thứ tự: KEY, VCC, GND, TX, RX, STATE.Đây là module bluetooth SLAVE nghĩa là bạn không thể chủ động kết nối bằng vi điều khiển, mà cần sử dụng smartphone, laptop, bluetooth usb... để dò tín hiệu và kết nối (pair) từ smartphone, laptop, bluetooth usb... Sau khi kết nối thành công, bạn có thể gửi và nhận tín hiệu từ vi điều khiển đến các thiết bị này. - Không được gắn lộn dây Vcc và Gnd vì sẽ gây hỏng module bluetooth ngay lập tức.Mặc định, module bluetooth SLAVE sử dụng baud rate là 9600, PIN là 1234.

Thông số kỹ thuật:  Điện áp hoạt động: 3.3 ~ 5VDC.  Điện áp giao tiếp: TTL tương thích 3.3VDC và 5VDC.  Chip CSR Bluetooth V 2 .0  Baudrate UART( tốc độ hỗ trợ) có thể chọn được: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200  Dải tần sóng hoạt động: Bluetooth 2.4GHz  Phạm vi hoạt động 8m ( hiệu quả 5m)  Dòng hoạt động : 20-30mA  Tốc độ : +Asynchronous : 2.1Mbps/160kbps 10

+Synchronous : 1Mbps/1Mbps.  Kích thước của module chính: 28 mm x 15 mm x 2.35 mm  Nhiệt độ làm việc: 20-750C  Độ nhạy: -80dBm 2.1  Slave module Bluetooth hc06 giúp chúng ta kết nối các thiết bị có hỗ trợ Bluetooth với VDK ta có thể gửi hoặc nhận dữ liệu giữa hai thiết bị module sử dụng chuẩn giao tiếp UART giúp dễ dàng giao tiếp với VDK tốc độ baud tên module mật khẩu được cài đặt bởi tập lệnh AT. Module Bluetooth HC 06 được cài đặt mặc định là slave nên chỉ có thể giao tiếp với các thiết bị Bluetooth ở dạng master. *Chức năng từng chân của modul HC-06 +Chân UART_TXD có chức năng truyền dữ liệu tới RXD, nối với chân RXD của vi điều khiển. +Chân UART_RXD có chức năng nhận dữ liệu do chân TXD truyền tới, nối với chân TXD của vi điều khiển. +Chân VCC nối với nguồn từ 3-5V +Chân GND nối đất 5. Động cơ Servo SG -90: -Servo là một dạng động cơ điện đặc biệt. Không giống như động cơ thông thường cứ cắm điện vào là quay liên tục, servo chỉ quay khi được điều khiển (bằng xung PPM) với góc quay nằm trong khoảng bất kì từ 00 – 1800. Mỗi loại servo có kích thước, khối lượng và cấu tạo khác nhau. Có loại thì nặng chỉ 9g (chủ yếu dùng trên máy bay mô mình), có loại thì sở hữu một momen lực bá đạo (vài chục Newton/m), hoặc có loại thì khỏe và nhông sắc chắc chắn,... - Động cơ servo được thiết kế những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác. Các động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô tuyến được gọi là động cơ servo RC (radio-controlled). Trong thực tế, bản thân động cơ servo không phải được điều khiển bằng vô tuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyến trên máy bay hay xe hơi. Động cơ servo nhận tín hiệu từ máy thu này.

*Thông số kĩ thuật:  Khối lượng : 9g  Kích thước: 22.2x11.8.32 mm  Momen xoắn: 1.8kg/cm  Tốc độ hoạt động: 60 độ trong 0.1 giây  Điện áp hoạt động: 4.8V(~5V)  Nhiệt độ hoạt động: 0 ºC – 55 ºC  Kết nối dây màu đỏ với 5V, dây màu nâu với mass, dây màu cam với chân phát xung của vi điều khiển. Ở chân xung cấp một xung từ 1ms-2ms theo để điều khiển góc quay theo ý muốn. III. Phương thức giao tiếp UART Chuẩn giao tiếp UART: • Theo định nghĩa, UART là một giao thức truyền thông phần cứng sử dụng giao tiếp nối tiếp không đồng bộ với tốc độ có thể định cấu hình. Không đồng bộ có nghĩa là không có tín hiệu đồng hồ để đồng bộ hóa các bit đầu ra từ thiết bị truyền đi đến bên nhận. • Trong giao tiếp UART, hai UART giao tiếp trực tiếp với nhau. UART truyền chuyển đổi dữ liệu song song từ một thiết bị điều khiển như CPU thành dạng nối tiếp, truyền nó nối tiếp đến UART nhận, sau đó chuyển đổi dữ liệu nối tiếp trở lại thành dữ liệu song song cho thiết bị nhận. • Hai đường dây mà mỗi thiết bị UART sử dụng để truyền dữ liệu đó là: + Transmitter (Tx) + Receiver (Rx)

12

• UART truyền dữ liệu không đồng bộ, có nghĩa là không có tín hiệu đồng hồ để đồng bộ hóa đầu ra của các bit từ UART truyền đến việc lấy mẫu các bit bởi UART nhận. Thay vì tín hiệu đồng hồ, UART truyền thêm các bit start và stop vào gói dữ liệu được chuyển. Các bit này xác định điểm bắt đầu và điểm kết thúc của gói dữ liệu để UART nhận biết khi nào bắt đầu đọc các bit. • Khi UART nhận phát hiện một bit start, nó bắt đầu đọc các bit đến ở một tần số cụ thể được gọi là tốc độ truyền (baud rate). Tốc độ truyền là thước đo tốc độ truyền dữ liệu, được biểu thị bằng bit trên giây (bps – bit per second). Cả hai UART đều phải hoạt động ở cùng một tốc độ truyền. Tốc độ truyền giữa UART truyền và nhận chỉ có thể chênh lệch khoảng 10% trước khi thời gian của các bit bị lệch quá xa. • UART sẽ truyền dữ liệu nhận được từ một bus dữ liệu (Data Bus). Bus dữ liệu được sử dụng để gửi dữ liệu đến UART bởi một thiết bị khác như CPU, bộ nhớ hoặc vi điều khiển. Dữ liệu được chuyển từ bus dữ liệu đến UART truyền ở dạng song song. Sau khi UART truyền nhận dữ liệu song song từ bus dữ liệu, nó sẽ thêm một bit start, một bit chẵn lẻ và một bit stop, tạo ra gói dữ liệu. Tiếp theo, gói dữ liệu được xuất ra nối tiếp từng bit tại chân Tx. UART nhận đọc gói dữ liệu từng bit tại chân Rx của nó. UART nhận sau đó chuyển đổi dữ liệu trở lại dạng song song và loại bỏ bit start, bit chẵn lẻ và bit stop. Cuối cùng, UART nhận chuyển gói dữ liệu song song với bus dữ liệu ở đầu nhận.

13

IV. Sơ đồ nối mạch và sơ đồ thuật toán: 1. Sơ đồ nối mạch

2. Sơ đồ thuật toán

a. Sơ đồ điều khiển bằng winform

14

b.Sơ đồ chạy tự động

15

V. Lập trình 1. Code Arduino: #include #define trig 3 #define echo 2 Servo myservo; #define enA 6 #define inA1 7 #define inA2 8 #define inB1 9 #define inB2 10 #define enB 11 int x=0; int spd=0; void setup() { pinMode(inA1, OUTPUT); pinMode(inA2, OUTPUT); pinMode(inB1, OUTPUT); pinMode(inB2, OUTPUT); pinMode(trig,OUTPUT); pinMode(echo,INPUT); Serial.begin(9600); myservo.attach(5); myservo.write(90); delay(500); } void loop() { //Tranh_Vat_Can(40); bluetoothRobot(); } void bluetoothRobot() { if (Serial.available() > 0) { x = Serial.read(); 16

} switch (x) { case 'a': Tien(); break; case 'b': Lui(); break; case 'd': Retrai(); break; case 'c': Rephai(); break; case 'e': Dung(); break; case 'f': Tranh_Vat_Can(40); break; case '1': spd=100; break; case '2': spd=125; break; case '3': spd=150; break; case '4': spd=200; break; case '5': spd=255; break; } } void Tien() { analogWrite(enA,spd-15); analogWrite(enB,spd-30); digitalWrite(inA1, HIGH); 17

digitalWrite(inA2, LOW); digitalWrite(inB1, HIGH); digitalWrite(inB2, LOW); } void Lui() { analogWrite(enA,spd-15); analogWrite(enB,spd-30); digitalWrite(inA1, LOW); digitalWrite(inA2, HIGH); digitalWrite(inB1, LOW); digitalWrite(inB2, HIGH); } void Retrai() { analogWrite(enA,spd-15); analogWrite(enB,spd-30); digitalWrite(inA2,LOW); digitalWrite(inA1,HIGH); digitalWrite(inB1,LOW); digitalWrite(inB2,LOW); } void Rephai() { analogWrite(enA,spd-15); analogWrite(enB,spd-30); digitalWrite(inA1,LOW); digitalWrite(inA2,LOW); digitalWrite(inB2,LOW); digitalWrite(inB1,HIGH); } void Dung() { digitalWrite(inA1, LOW); digitalWrite(inA2, LOW); digitalWrite(inB1, LOW); digitalWrite(inB2, LOW); } int TinhKC (byte goc) { myservo.write(goc); delay(500); unsigned long times; 18

int KC; digitalWrite(trig,0); delayMicroseconds(2); digitalWrite(trig,1); delayMicroseconds(5); digitalWrite(trig,0); times = pulseIn(echo,HIGH); KC = int(times/2/29.412); return KC; } void Tranh_Vat_Can(byte KC_choPhep) { //Tien(); int KC_phiaTruoc = TinhKC(90); if (KC_phiaTruoc > KC_choPhep) { Tien(); delay(100); } else //(KC_phiaTruoc comboBox2->DataSource = tocdotruyen; comboBox2->SelectedIndex = 1; this->comboBox3->DataSource = speed; this->comboBox1->DataSource = oBarray; comboBox1->SelectedIndex = 1;*/ } protected: /// /// Clean up any resources being used. /// ~MyForm() { if (components) { delete components; } } private: System::Windows::Forms::Button^ button1; private: System::Windows::Forms::Label^ label1; private: System::Windows::Forms::Button^ button2; private: System::Windows::Forms::Button^ button3; private: System::Windows::Forms::Button^ button4; private: System::Windows::Forms::Button^ button5; private: System::Windows::Forms::Button^ button6; private: System::Windows::Forms::Button^ button7; private: System::Windows::Forms::Button^ button8; private: System::Windows::Forms::Label^ label2; private: System::Windows::Forms::Label^ label3; private: System::Windows::Forms::Label^ label4; private: System::Windows::Forms::Label^ label5; private: System::Windows::Forms::ComboBox^ comboBox1; private: System::Windows::Forms::ComboBox^ comboBox2; private: System::Windows::Forms::ComboBox^ comboBox3; private: public: System::IO::Ports::SerialPort^ serialPort1; private: private: System::ComponentModel::IContainer^ components; protected:

21

private:

/// /// Required designer variable. ///

#pragma region Windows Form Designer generated code /// /// Required method for Designer support - do not modify /// the contents of this method with the code editor. /// void InitializeComponent(void) { this->components = (gcnew System::ComponentModel::Container()); this->button1 = (gcnew System::Windows::Forms::Button()); this->label1 = (gcnew System::Windows::Forms::Label()); this->button2 = (gcnew System::Windows::Forms::Button()); this->button3 = (gcnew System::Windows::Forms::Button()); this->button4 = (gcnew System::Windows::Forms::Button()); this->button5 = (gcnew System::Windows::Forms::Button()); this->button6 = (gcnew System::Windows::Forms::Button()); this->button7 = (gcnew System::Windows::Forms::Button()); this->button8 = (gcnew System::Windows::Forms::Button()); this->label2 = (gcnew System::Windows::Forms::Label()); this->label3 = (gcnew System::Windows::Forms::Label()); this->label4 = (gcnew System::Windows::Forms::Label()); this->label5 = (gcnew System::Windows::Forms::Label()); this->comboBox1 = (gcnew System::Windows::Forms::ComboBox()); this->comboBox2 = (gcnew System::Windows::Forms::ComboBox()); this->comboBox3 = (gcnew System::Windows::Forms::ComboBox()); this->serialPort1 = (gcnew System::IO::Ports::SerialPort(this->components)); this->SuspendLayout(); // // button1 // this->button1->Location = System::Drawing::Point(468, 33); this->button1->Name = L"button1"; this->button1->Size = System::Drawing::Size(75, 30); this->button1->TabIndex = 0; this->button1->Text = L"Auto"; this->button1->UseVisualStyleBackColor = true; this->button1->Click += gcnew System::EventHandler(this, &MyForm::button1_Click); // // label1 // this->label1->AutoSize = true; this->label1->ForeColor = System::Drawing::SystemColors::MenuHighlight; this->label1->Location = System::Drawing::Point(111, 33); this->label1->Name = L"label1"; this->label1->Size = System::Drawing::Size(100, 17); this->label1->TabIndex = 1;

22

this->label1->Text = L"Not connected"; // // button2 // this->button2->Location = System::Drawing::Point(42, 350); this->button2->Name = L"button2"; this->button2->Size = System::Drawing::Size(90, 28); this->button2->TabIndex = 2; this->button2->Text = L"Connect"; this->button2->UseVisualStyleBackColor = true; this->button2->Click += gcnew System::EventHandler(this, &MyForm::button2_Click); // // button3 // this->butt...