BÁO CÁO NHẬP MÔN CƠ ĐIỆN TỬ-20191-nhóm1 PDF

Preview

Summary

Download BÁO CÁO NHẬP MÔN CƠ ĐIỆN TỬ-20191-nhóm1 PDF

Description

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ------------------------

BÁO CÁO NHẬP MÔN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI ADRUNIO BASED SMARTPHONE CONTROLLED ROBOT CAR

Thành viên nhóm 1: Nguyễn Tuấn Anh

Giảng viên: Ts. Hoàng Hồng Hải

Trần Long Quang Anh Nguyễn Thị Phương Anh Lớp: KSTN-Cơ Điện Tử-K63

Viện: Cơ khí

1

PHẦN MỞ ĐẦU Ngày nay dưới sự ra đời của điện thoại thông minh cùng với kỷ nguyên công nghệ số các công việc điều khiển đã và đang được đơn giản hóa hơn rất nhi ều. Bằng vào chiếc điện thoại thông minh chúng ta có thể điều khiển rất nhiều các hệ thống điện điện tử và cơ điện tử ví dụ như các thiết bị điện, ô tô, xe máy, hệ thống âm thanh ánh sáng,… thông qua Bluetooth, sóng điện thoại. Dựa trên những tính năng đặc biệt đó của điện thoại thông minh mà hang loạt các ý tưởng các nghiên cứu ra đời nhằm mục đích đơn giản hóa quá trình điều khiển các hệ thống cơ điện tử và một trong số những thành tựu còn giữ nguyên giá trị cho tới hiện tại cũng như trong tương lai đó là ý tưởng điều khiển ô tô thông dựa trên điện thoại thông minh sử dụng mạch điều khiển adruino ( Arduino based Smartphone Controlled Robot Car ). Cho đến ngày nay ý tưởng này đã và đang phát triển mở rộng hơn trong cuộc sống như các thiết bị điểu khiển từ xa thông qua sóng Bluetooth.

2

PHẦN NỘI DUNG I, Đặt vấn đề. 1, Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu, xây dựng mô hình robot Arduino di chuyển dựa trên tín hiệu Bluetooth từ điện thoại thông minh. - Đề xuất hướng phát triển cho đề tài áp dụng vào thực tế nâng cao tính ứng dụng của đề tài trong tương lai. 2, Sự phát triển hiện nay của đề tài Hiện nay ý tưởng điều khiển các hệ thống cơ điện t ử từ xa vô cùng phát triển. Không chỉ bó hẹp trong điều khiển ô tô hay sử dụng mạch adruino điều khiển từ xa được phát triển trong rất nhiều các lĩnh vực khác từ đồ chơi giải trí cho trẻ em, hệ thống giao thông vận tải logi stics đến các lĩnh vực quan trong như quân sự hàng không. Ví dụ như: đồ chơi ô tô máy bay điều khiển t ừ xa, hệ thống AGV hỗ trợ việc vận chuyển hay các máy bay không người lái. 3

Tuy nhiên việc ứng dụng điện thoại thông minh để điều khiển vẫ còn khá mới, có thể nới đề tài trên là tiền đề cho sự phát triển đơn giản hóa các quá trình sử dụng cho người tiêu dùng. II, Thiết kế hệ thống 1, Phần cơ khí Các thành phần trong phần cơ khí của robot car - Bánh xe: tùy theo yêu cầu sử dụng mà có thể thiết kế hệ thống gồm 2 bánh hoặc 4 bánh xe hoặc nhiều hơn nếu cần thiết. Tuy nhiên trong dự án trên phần code được viết cho xe 4 bánh. - Khung xe: đây là phần cứng vô cùng quan trọng khung xe là phần gắn kết các bộ phận của xe và là nơi đặt các mạch điều khiển động cơ ,… - Bu lông ốc vít: Dùng để gắn kết các phần của xe. 2, Cơ cấu chấp hành 2.1, Khái niệm cơ cấu chấp hành Để thiết kế một hệ thống cơ điện tử bộ phận cơ cấu chấp hành đây là phần ‘cơ bắp’ của hệ thống cơ điện t ử. Cơ cấu chấp hành sẽ nhận l ệnh từ hệ thống điền khiển và thực hiện lệnh bằng cách tạo ra sự thay đổi trong hệ vật lý như thay đổi vận tốc, gia tốc, lực,….. - Động cơ motor: đây là phần tạo ra chuyển động cho bánh xe. Động cơ được cấp nguồn gián tiếp thông qua IC L293D. 3, Hệ thống điều khiển 3.1, Khái niệm hệ thống điều khiển Đây là phần cốt lõi của mỗi hệ thống cơ điện tử và cũng là phần cốt lõi của đề tài. Hệ thống điều khiển sẽ nhận tín hiệu từ các cảm biến sau đó xử lý và ra lệnh cho cơ cấu chấp hành bằng việc gửi đi các tín hiệu điện. 3.2, Các thành phần của hệ thống điều khiển Bộ điều khiển gồm có: - Mạch điều khiển Adruino mega: Chip ATmega328 trên bo mạch Arduino Uno đi kèm với bộ tải khởi động, giúp người dùng có thể ghi chương trình mà không cần lập trình phần cứng bên ngoài . Sau khi chip được l ập trình, nó có 4

thể được gỡ bỏ khỏi bảng. Bảng mạch có thể được cấp nguồn từ kết nối USB hoặc nguồn điện bên ngoài như pin hoặc bộ điều hợp AC / DC. Sau khi kết nối nguồn điện với chân Vin, mạch nhận được DC 5V và 3.3V quy định trên các chân tương ứng của bo mạch Arduino.Chân 5V được sử dụng để cấp nguồn cho mô-đun Bluetooth HC-05. Các chân nối tiếp 0 (RX) và 1 (TX) của Arduino được sử dụng để giao tiếp với mô-đun HC-05. Các chân 4 đến 7 được kết nối với IC điều khiển động cơ cầu H L293D. Trong số bốn chân này, chân 5 và 6 cung cấp đầu ra PWM 8 bit bằng cách sử dụng chức năng analogWrite () được xác định trong bản phác thảo Arduino asc_car.ino. Chân 2 và 3 của Arduino (không được sử dụng trong dự án này) có thể được sử dụng cho các chức năng bổ sung như điều khiển đèn, còi,… - IC L239D: Các chân từ 4-7 dùng để cung cấp tín hi ệu điều khiển cho động cơ tuy nhiên điện áp được adruino tạo ra từ các chân này rất nhỏ không đủ tạo ra một momen xoán chính vì vậy mà mô-đun H-Bridge L293D đóng vai trò nguồn cung cấp năng lượng bổ sung để tạo ra đủ mô-men xoắn cho các động cơ. Các chân đầu ra 4 đến 7 của Arduino được kết nối tương ứng với các chân IN1 đến IN4 của L293D. Các chân nối đất 4, 5, 12 và 13 của L293D được kết nối với các chân nối đất của Arduino. Hai động cơ DC hướng 100 RPM (M1 và M2) được kết nối trực tiếp với các đầu ra của L293D. 4, Nguồn - Nguồn cung cấp pin 9V: được sử dụng để cấp nguồn cho Arduino Uno (Atmega 328) với cực dương được kết nối với chân Vin và cực âm được kết nối với chân GND. - Pin 12V nguồn cung cấp cho IC L239D, cấp nguồn gián tiếp cho động cơ. 5, Cảm biến 5.1, Khái niệm Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận, biến đổi các đại lượng vật lý cần đo thành các đại lượng điện tỷ lệ để xử lý và dùng làm tín hiệu điều khiển. 5.2, Cảm biến Mạch thu phát tín hi ệu Bluetooth: Dùng để tiếp nhận các tín hi ệu điều khiển từ smartphone đồng thời chuyển về Atmega 328 để xử lý. Ngoài ra còn có các phần tử khác như dây điện. III, Nguyên lý chuyển động 5

Nguyên lý điều khiển chuyển dộng của xe dựa trên điều chỉnh tốc độ của bánh xe để xe có thể rẽ trái rẽ phải tiến lên đi lùi hay dừng lại. y

𝜔4 𝜔7

C 𝜔5 𝜔6 O

Trường hợp 1: xe chuyển động tiến về phía trước.( moving forward ) Tốc độ góc của hai bánh trước 𝜔4 = 𝜔5 chuyển động với tốc độ cao và hai bánh sau chuyển độ với tốc độ thấp hơn. Trường hợp 2: Xe rẽ phải ( moving right ) Tốc độ góc của bánh trái 𝜔4 = 𝜔7 chuyển động với tốc độ cao và hai bánh phía bên phải chuyển động với tốc độ thấp, chậm dần tạo ra momen quay làm cho xe chuyển động quay phải. Trường hợp 3: xe rẽ trái ( moving left ) Tốc độ của hai bánh phải chuyển động tốc độ cao cùng với bánh trái chuyển động với tốc độ thấp chậm dần để tạo momen quay làm cho xe quay sang trái. Trường hợp 4: xe dừng lại ( stop ) bốn bánh xe đều dùng chuyển động. Khi đó vị trí của xe không thay đổi. Để xe dừng lại cả 4 bánh xe chuyển động với tốc độ chậm dần cho đến khi dừng lại. Trường hợp 5: xe đi lùi (moving backward) Ngược lại với trường hợp chuyển động tiến lên để xe đi lùi hai bánh sau của xe chuyển động nhanh trong khi đó hai bánh trước được cấp một momen quay thấp và chuyển động theo hai bánh sau. IV, Mô hình xử lý tín hiệu

6

x

smartphone Tín hiệu Bluetooth

Mạch thu, phát tín hiệu bluetooth

Atmega 328

Động cơ

L 239D

V, Source code char val;

//defining a variable for receiving the input from the user

void setup() { pinMode(4,OUTPUT); //connection of motor1 terminal to arduino pinMode(5,OUTPUT); //connection of motor1 terminal to arduino pinMode(6,OUTPUT); //connection of motor2 terminal to arduino pinMode(7,OUTPUT); //connection of motor2 terminal to arduino Serial.begin(9600); // Baud rate } void loop() { if (Serial.available() ) {;} 7

Bánh xe

val=Serial.read(); if (val=='0') // Moving Forward { digitalWrite(4,HIGH); digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(7,LOW); } if(val=='1')// Moving left { digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(5,HIGH); digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(7,LOW); } if(val=='2')//Moving right { digitalWrite(4,HIGH); digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(7,HIGH); } if(val=='3')//Moving backward { digitalWrite(4,LOW); 8

digitalWrite(5,HIGH); digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(7,HIGH); } if(val=='4')// Stopping { digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(7,LOW); } //if(val=='5') //condition for opening the door 90 degree (this loop can be used only for servo motors) //for(angle = 0; angle < 90; angle++) // { // servo.write(angle); // delay(15); // } }

9

PHẦN KẾT Đề tài kết hợp điện thoại thông minh trong điều khiển robot car là một đề tài vô cùng hữu ích mang tính ứng dụng cao đồng thời cũng là nền t ảng để phát triển m ở rộng ra nhiều lĩnh vực khác mà không chỉ giới hạn ở điều khiển robot car nâng cao tính ứng dụng của đề tài. Một số đề xuất hướng phát triển tương lai cho đề tài: - Phát triển đề tài trong các lĩnh vực thiết yếu của cuộc sống: Y tế, giáo dục, xây dựng, an ninh,… - Phát triển các robot có khả năng hỗ trợ các y bác sĩ. Đặc biệt, trong các dịch bệnh như Covid-19, xây dựng các robot hỗ trợ vận chuyển ra vào vùng dịch an toàn, tránh tiếp xúc của con người. Không yêu cầu các thiết bị điều khiển phức tạp, có thể hướng dẫn, đào tạo nhanh chóng sử điện thoại cá nhân để làm việc. - Phát triển mở rộng hơn về mạch điều khiển ( không giới hạn là sử dụng mạch adruino ) - Trong tương lai xa, giảm bớt các thao tác điều khiển của con người, con người đóng vai trò đặt ra yêu cầu và nhận kết quả từ robot. Danh mục tài liệu tham khảo:

10

https://www.electronicsforu.com/electronics-projects/smartphone-arduino-basedrobot car?fbclid=IwAR1Oy0IQUQS8rTucHW_EfY1i9Bbhtr_1Y3lH4ATaoNa2yksIJ-fFwQ6g9s.

11...