Thiết kế xe mô hình điều khiển từ xa bằng Remote IR (Infrared Receiver) và điện thoại android

Header Page 1 of 126.

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, hệ thống điều khiển đóng một vai trò quan trọng trong việc phát
triển và sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật công nghệ, văn minh hiện đại. Thực tế mỗi
khía cạnh của hoạt động hằng ngày đều bị chi phối bởi một vài loại hệ thống điều
khiển. Dễ dàng tìm thấy hệ thống điều khiển máy công cụ, kỹ thuật không gian và hệ
thống vũ khí, điểu khiển máy tính, các hệ thống giao thông, hệ thống năng lượng,
robot…
Trong sinh hoạt hàng ngày của con người như những trò chơi giải trí (robot,
xe điều khiển từ xa…) cho đến những ứng dụng gần gũi với con người cũng được cải
tiến cho phù hợp với việc sử dụng và đạt mức tiện lợi nhất. Việc điều khiển từ xa đã
thâm nhập vào tất cả các lĩnh vực của cuộc sống.
Chính vì tầm quan trọng của lĩnh vực Đo Lường Và Điều Khiển Tự Động,
nhóm em đã mạnh dạn lựa chọn đề tài “Thiết kế xe mô hình điều khiển từ xa bằng
remote IR và bằng điện thoại android”.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các tất cả các Thầy Cô Giáo trong nhà
trường, nhất là các Thầy Cô Giáo trong viện Điện Tử Viễn Thông của trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội đã tận tình dạy dỗ chúng em trong suốt thời gian qua.
Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giáo TS.NGUYỄN NGỌC VĂN.
Người đã nhiệt tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành
đồ án này.
Xin cảm ơn tất cả các bạn bè đã đóng góp ý kiến và giúp đỡ chúng tôi trong
lúc thực hiện đồ án này.
Xin chân thành cảm ơn!

Footer Page 1 of 126.


Header Page 2 of 126.

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Với mục đích chính thực hiện tự động hóa đo lường và điều khiển chúng em
đã quyết định thực hiện đề tài: “Thiết kế xe mô hình điều khiển từ xa bằng Remote
IR (Infrared Receiver) và điện thoại android”
Ngoài ra khi thực hiện đề tài này, không chỉ điều khiển xe mô hình từ xa,
chúng em muốn sử dụng công nghệ, thiết bị phổ biến trong thế giới hiện đại ngày nay
vào việc điều khiển, cụ thể là sử dụng các dòng Smartphone chạy trên hệ điều hành
Android.
Sau khi thực hiện đồ án em đã rút ra được những kết luận quan trọng:
 Rút ra được những ưu và nhược điểm của mỗi phương pháp điều khiển từ xa.
 So sánh được khả năng điều khiển từ xa của hai phương pháp điều khiển bằng
sóng hồng ngoại (remote IR) và điều khiển bằng sóng Bluetooth qua điện thoại
android.
 Hệ điều hành android và phần mềm android được sử dụng trong mọi ứng
dụng của đời sống, nhất là trong thời đại công nghệ phát triển.

ABSTRACT
With the main purpose of implementing automated measurement and control,
we have decided to make the subject: designing remote-controlled models with
remote IR and Android phones.
Furthermore, when making this subject, not only do we control remote model
cars but we also would like to use technology and popular devices in today’s modern
world to control, specifically to use the Smartphone that runs on the Android
operating system.
Affter the implemntation of the project we have drawn important conclusions:
 Compara the remote control capability of two mothods of control: with
infrared (remote IR) and with Bluetooth wave through Android phones.
 The Android OS and the Android software are in all applications of life,
especially in this era of technological development.

2
Footer Page 2 of 126.


Header Page 3 of 126.

Mục lục
Danh sách hình vẽ ...............................................................................................................6
Danh sách bảng biểu ...........................................................................................................8
Danh mục từ viết tắt ............................................................................................................9
PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 12
i. Giới hạn đề tài............................................................................................................ 12
ii. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................... 13
iii. Quá trình thực hiện ................................................................................................. 13
iv. Chỉ tiêu kỹ thuật ...................................................................................................... 15
CHƯƠNG 1: KIẾN THỨC TỔNG QUAN .................................................................. 17
1.1. Giới thiệu hệ thống điều khiển từ xa .................................................................. 17
1.1.1. Một số vấn đề cơ bản trong hệ thống điều khiển từ xa .............................. 18
1.1.2. Phương pháp mã hóa trong điều khiển từ xa .............................................. 18
1.2. Điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại ................................................................. 19
1.2.1. Lý thuyết sóng hồng ngoại IR....................................................................... 19
1.2.2. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại nói chung..... 20
1.3. Điều khiển từ xa bằng Bluetooth......................................................................... 23
1.3.1. Công nghệ truyền thông không dây Bluetooth ........................................... 23
1.3.2. Các vấn đề bảo mật trong công nghệ Bluetooth ......................................... 25
1.3.3. Các khái niệm trong công nghệ Bluetooth .................................................. 27
1.3.4. Định nghĩa các liên kết vật lý trong Bluetooth ........................................... 29
1.3.5. Trạng thái của thiết bị Bluetooth .................................................................. 30
1.3.6. Các chế độ kết nối .......................................................................................... 30
1.3.7. Kỹ thuật trải phổ nhảy tần số trong công nghệ Bluetooth ......................... 31

1.3.8. Cách thức hoạt động của Bluetooth ............................................................. 34
CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU HỆ ĐIỀU HÀNH VÀ GIAO TIẾP NGOẠI VI ............... 40
2.1. Khối xử lý trung tâm MCU ATMEGA328........................................................ 40
2.1.1. Giới thiệu MCU ATMEGA328 .................................................................... 40
2.1.2. Thông số kĩ thuật chính của ATMEGA328 ................................................ 40
2.2. Cảm biến sóng siêu âm đo và tính toán khoảng cách: SRF05......................... 41
2.2.1. Giới thiệu SRF05 ............................................................................................ 45
2.2.2. Thông số kỹ thuật: .......................................................................................... 45
2.2.3. Giản đồ xung hoạt động của SRF05: ........................................................... 46
3
Footer Page 3 of 126.


Header Page 4 of 126.

2.3. Điều khiển từ xa bằng hồng ngoại ...................................................................... 47
2.3.1. Remote hồng ngoại......................................................................................... 47
2.3.2 Mắt thu hồng ngoại.......................................................................................... 48
2.3.3 Sơ đồ khối:........................................................................................................ 49
2.4. Module Bluetooth HC05 ...................................................................................... 51
2.4.1. Giới thiệu về Bluetooth HC05 ...................................................................... 51
2.4.2 Cơ chế hoạt động ............................................................................................. 52
2.4.3. Điều khiển Robot Car bằng điện thoại android bằng HC05 ..................... 53
2.5. Module dò đường .................................................................................................. 54
2.6. Hệ điều hành android ............................................................................................ 55
2.6.1. Giới thiệu về android ..................................................................................... 55
2.6.2. Lịch sử hình thành .......................................................................................... 56
2.6.3. Tính năng android........................................................................................... 58
2.6.4. Kiến trúc hệ điều hành android..................................................................... 59
2.6.5. Chu kỳ ứng dụng trên android ...................................................................... 62

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE ĐIỀU KHIỂN TỪ XA.............................. 68
3.1. Phân tích và xác định yêu cầu. ............................................................................ 68
3.1.1. Mục đích của đề tài: ....................................................................................... 68
3.1.2. Yêu cầu thiết kế .............................................................................................. 68
3.1.3. Yêu cầu kết quả .............................................................................................. 68
3.2. Xây dựng thuật toán .............................................................................................. 69
3.2.1. Thuật toán tổng thể......................................................................................... 69
3.2.2. Thuật toán điều khiển từng chức năng cụ thể ............................................. 70
3.2.3. Thuật toán tính khoảng cách ......................................................................... 70
3.2.4. Thuật toán dò đường ...................................................................................... 71
3.3. Thiết kế phần cứng ................................................................................................ 72
3.3.1. Sơ đồ khối chức năng..................................................................................... 72
3.3.2. Sơ đồ khối hoạt động: .................................................................................... 74
3.3.3. Sơ đồ nguyên lý của thiết kế và các module trong thiết kế....................... 76
3.3.4. Sơ đồ mạch in thiết kế.................................................................................... 78
3.4. Xây dựng phần mềm trên android....................................................................... 79
3.4.1. Lưu đồ thuật toán............................................................................................ 79
3.4.2.

Giao diện ứng dụng .................................................................................... 79
4

Footer Page 4 of 126.


Header Page 5 of 126.

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ ĐỊNH HƯỚNG ĐỀ TÀI ...................... 82
4.1. Các kết quả đạt được............................................................................................. 82
4.1.1. Kết quả ............................................................................................................. 82

4.1.2. Hình ảnh của sản phẩm .................................................................................. 83
4.1.3. Các kết luận rút ra được .................................................................................... 84
4.2. Đinh hướng đề tài:................................................................................................. 85
KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 88
Tài liệu tham khảo ............................................................................................................ 89

5
Footer Page 5 of 126.


Header Page 6 of 126.

Danh sách hình vẽ
Hình 1.1: Quang phổ của các nguồn sóng hồng ngoại ................................................ 19
Hình 1.2: Sơ đồ máy phát ................................................................................................ 21
Hình 1.3: Sơ đồ khối máy thu ......................................................................................... 22
Hình 1.4: Kiến trúc Piconet trong Bluetooth ................................................................ 28
Hình 1.5: Một Scatternet gồm 2 Piconet ....................................................................... 29
Hình 1.6: Kỹ thuật trải phổ nhảy tần số ......................................................................... 32
Hình 1.7: Các packet truyền trên các tần số khác nhau ............................................... 32
Hình 1.8: Các packet truyền trên khe thời gian ............................................................ 33
Hình 1.9: Cấu trúc gói tin buletooth............................................................................... 33
Hình 1.10: Cấu tạo một packet ....................................................................................... 34
Hình 1.11: Mô hình piconet ............................................................................................ 36
Hình 1.12: Quá trình truy vấn tạo kết nối...................................................................... 37
Hình 1.13: Quá trình truy vấn tạo kết nối...................................................................... 37
Hình 1.14: Truy vấn tạo kết nối giữa các thiết bị trong thực tế .................................. 38
Hình 1.15: Ví dụ về mô hình satternet ........................................................................... 38
Hình 2. 1: Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của ATEMEGA328 ................................ 40
Hình 2. 2: Hình ảnh thực tế của SRF05. ........................................................................ 46

Hình 2. 3: Giản đồ xung của SRF05 .............................................................................. 46
Hình 2. 4: Hình ảnh thực tế Remote hồng ngoại .......................................................... 47
Hình 2. 6: Sơ đồ chân mắt thu hồng ngoại .................................................................... 48
Hình 2. 7: Sơ đồ hoạt động khối phát hồng ngoại ........................................................ 49
Hình 2. 8: Sơ đồ hoạt động khối thu hồng ngoại .......................................................... 49
Hình 2. 9: Cấu trúc sóng mang hồng ngoại ................................................................... 50
Hình 2. 10: Truyền dữ liệu .............................................................................................. 50
Hình 2. 11: Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của HC-05 .............................................. 51
Hình 2. 12: Hình ảnh thực tế module dò đường ........................................................... 54
Hình 2. 13: Cảm biến hồng ngoại CTRT5000 .............................................................. 55
Hình 2. 14: Logo android ................................................................................................ 56
Hình 2. 15: Android timeline .......................................................................................... 56
Hình 2. 16: Mô hình kiến trúc nền tảng hệ điều hành Android .................................. 59
Hình 2. 17: Mô hình hợp tác giữa máy ảo Dalvik và Navite code ............................. 62
Hình 2. 18: Activity Stack ............................................................................................... 63
Hình 2. 19: Chu kỳ sống của Activity............................................................................ 64
Hình 3. 1:
Hình 3. 2:
Hình 3. 3:
Hình 3. 4:
Hình 3. 5:
Hình 3. 6:
Footer Page 6 of 126.

Thuật toán điều khiển .................................................................................... 69
Sơ đồ sắp xếp vị trí 3 cảm biến CTRT5000 ............................................... 71
Sơ đồ khối chức năng của mạch................................................................... 72
Sơ đồ khối hoạt động của mạch ................................................................... 74
Sơ đồ nguyên lý toàn mạch........................................................................... 76
Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn ....................................................................... 76

6


Header Page 7 of 126.

Hình 3. 7: Sơ đồ nguyên lý module điều khiển động cơ ............................................. 77
Hình 3. 8: Sơ đồ nguyên lý khối ATMEGA328........................................................... 77
Hình 3. 9: Sơ đồ nguyên lý module SRF05 .................................................................. 78
Hình 3. 10: Sơ đồ mạch in của thiết kế .......................................................................... 78
Hình 3. 11: Sơ đồ thuật toán trên android ..................................................................... 79
Hình 3. 12: Giao diện khởi động của ứng dụng............................................................ 79
Hình 3. 13: Giao diện lúc bật Bluetooth ........................................................................ 80
Hình 3. 14: Giao diện hiển thị danh sách thiết bị tìm được ........................................ 80
Hình 3. 15: Giao diện lúc kết nối và sau khi kết nối thành công................................ 81

Hình 4. 1:
Hình 4. 2:
Hình 4. 3:
Hình 4. 4:
Hình 4. 5:

Hình ảnh sản phẩm thiết kế........................................................................... 83
Điều khiển xe rà phá bom mìn từ xa (ảnh minh họa) ................................ 85
Xe dò đường có gắn camera (ảnh minh họa).............................................. 85
Xe cần cẩu đòi hỏi tính chính xác cao (ảnh minh họa) ............................. 86
Xe có gắn camera điều khiển qua wifi (ảnh minh họa)............................. 86

7
Footer Page 7 of 126.

Header Page 8 of 126.

Danh sách bảng biểu
Bảng 1. 1: Các phiên bản Bluetooth............................................................................... 24
Bảng 2. 1:
Bảng 2. 2:
Bảng 2. 3:
Bảng 2. 4:
Bảng 2. 5:
Bảng 2. 6:

Thông số kỹ thuật ATEMEGA328 ............................................................. 41
Thông số kỹ thuật SRF05 ............................................................................. 45
Bảng mã các nút nhấn Remote tương ứng với các chức năng ................. 47
Thông số kỹ thuật HC-05 ............................................................................. 52
Dữ liệu gửi từ android tới HC05.................................................................. 53
Các phiên bản hệ điều hành android ........................................................... 57

Bảng 3. 1: Giá trị các motor tương ứng với các chức năng......................................... 70
Bảng 3. 2: Bảng giá trị đầu ra các cảm biến tương ứng với các trường hợp............. 72

8
Footer Page 8 of 126.


Header Page 9 of 126.

Danh mục từ viết tắt
Từ đầy đủ

Từ viết tắt
IR

Ý nghĩa

Infrared

Hồng ngoại

MCU

Microcontroller Unit

Vi điều khiển

MAC

Media Access Control

Điều khiển truy cập truyền thông

AMA

Active Member Address

Địa chỉ 3bit dành cho thiết bị đang
hoạt động trong piconet

PMA

Con số 8 bit để nhận biêt các packed

Packed Member Address

Salve với nhau
ACL

Asynchronous connectionless Phi kết nối bất đồng bộ dành cho
truyền dữ liệu

SCO

Kết nối đồng bộ có định hướng

Synchronous connectionoriented

CRC

Cyclic Redundancy Check

Gói kiểm soát lỗi theo chu kỳ

FHSS

Frequency Hopping

Trải phổ nhảy tần số

Spectrum

GFSK

DSSS

Gaussian frequency-shift

Kiểu điều chế tần số dựa trên sự thay

keying

đổi tần số rời rạc của sóng mang

Direct Sequence Spead

Là kỹ thuật điều chế trải phổ

Spectrum
ISM

Industrial Scientific Medical

Dãy băng tần không cần đăng ký: 2.42.48GHz

FEC

Forward Error Correction

Kỹ thuật sửa lỗi tiến

BEC

Backward Error Control

Kỹ thuật sửa lỗi ngược
Dải băng tần cơ sở

Baseband
LMP

Link Manament Protocol

Giao thức quản lý kết nối

SDK

Software Developement Kit

Bộ công cụ phát triển phần mềm

9
Footer Page 9 of 126.


Header Page 10 of 126.

GSM/EDG

Global System for Mobile

E

Communications/ Enhanced

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

Data Rates for GSM
Evolution
IDEN

CDMA

Integrated Digital Enhanced

Công nghệ viễn thông di động phát

Network

triền mới Motorola.

Code Division Multiple

Đa truy cập phân chia theo mã

Access
EV-DO

EVolution-Data Optimized

Tiêu chuẩn truyền băng thông rộng vô
tuyyeens cho các thiết bị không dây

UTMS

Hệ thống viễn thông di động toàn cầu

Universal Mobile
Telecommunications Systems

A2DP

Advanced Audio Distribution Là một trong những chế
độ Bluetooth hỗ trợ ĐTDĐ khả năng

Profile

phát ra âm thanh chuẩn stereo.
AVRCP

HTML5

CSS3

Audio/Video Remote Control Cấu hình điều khiển từ xa âm
Profile

thanh/Video

HyperText Markup

Là một ngôn ngữ cấu trúc và trình bày

Language 5

nội dung cho World Wide Web

Cascading Style Sheets

Là những file hỗ trỡ trình duyệt web
trong việc hiển thị HTML

HE-AAC

High-Efficiency Advanced

Mã hóa âm thanh tiên tiến

Audio Coding
JPEG

Joint Photographic Experts

Là một trong những phương pháp nén

Group

ảnh hiệu quả, có tỷ lệ nén ảnh tới vài
chục lần. Tuy nhiên chất lượng ảnh bị
suy giảm sau khi giải nén

10

Footer Page 10 of 126.


Header Page 11 of 126.

PNG

Portable Network Graphic

Là một dạng hình ảnh sử dụng phương
pháp nén dữ liệu mới - không làm mất
đi dữ liệu gốc.

GIF

Graphics Interchange Format

là một định dạng tập tin hình ảnh
bitmap cho các hình ảnh dùng ít hơn
256 màu sắc khác nhau và các hoạt
hình dùng ít hơn 256 màu cho mỗi
khung hình

MIDI

Musical Instrument Digital

Giao diện kỹ thuật số dành cho nhạc cụ

Interface

GPS

Global Positioning System

Hệ thống Định vị Toàn cầu

API

Application Programming

Giao diện lập trình ứng dụng

Interface
JNI

Java Native Interface

Bộ framework cho phép mã lệnh viết
bằng Java

11
Footer Page 11 of 126.


Header Page 12 of 126.

PHẦN MỞ ĐẦU
Điều khiển từ xa là việc điều khiển một mô hình ở một khoảng cách nào đó
mà con người không nhất thiết trực tiếp đến nơi, trực tiếp điều khiển hệ thống.
Khoảng cách đó tùy thuộc vào từng hệ thống có mức độ phức tạp, khác nhau, chẳng

hạn như việc điều khiển từ xa một phi thuyền ta cần có hệ thống phát và thu mạnh,
ngược lại để điều khiển một trò chơi điện tử từ xa ta chỉ cần một hệ thống phát và thu
yếu hơn…
Chính vì vậy với đề tài: “Thiết kế xe mô hình điều khiển từ xa bằng remote IR
và bằng điện thoại android” chúng em muốn giải quyết các vấn đề sau:
 Thực hiện đo lường khoảng cách giữa xe đến vật cản bằng sóng siêu âm.
 Thiết kế khối điều khiển xe với các chức năng cơ bản: rẽ trái, rẽ phải, tiến,
lùi, dừng lại.
 Thực hiện tự động tránh vật cản với khoảng cách cho trước dựa trên khoảng
cách đo được.
 Thực hiện dò đường dựa vào tiêu chí màu sắc của đường đi, thông qua cảm
biến hồng ngoại.
 Thiết kế phần mềm android điều khiển chuyển động của xe.

i. Giới hạn đề tài
Lĩnh vực đo lường và điều khiển tự động rất đa dạng về hướng nghiên cứu.
Đề tài: “Thiết kế xe mô hình điều khiển từ xa bằng remote IR và điện thoại android”
cũng có rất nhiều khía cạnh nghiên cứu thực hiện. Tuy nhiên trong điều kiện:
 Thời gian thực hiện 15 tuần.
 Kinh nghiệm thực tế còn chưa nhiều.
 Tài liệu nghiên cứu chưa có nhiều tài liệu chuyên sâu.
Vì vậy nhóm em thực hiện đề tài với những nội dung sau:
 Lập trình bằng Kit Ardiuno trên vi điều khiển ATMEGA328.
 Thiết kế mạch điều khiển xe mô hình bằng tia hồng ngoại qua Remote và
bằng điện thoại android qua Sóng Bluetooth.
12
Footer Page 12 of 126.


Header Page 13 of 126.

 Xây dựng chương trình điều khiển trên điện thoại android.
 Thực hiện các chức năng điều khiển cơ bản, tự động tránh vật cản, dò
đường.

ii. Mục đích nghiên cứu
Thực hiện đề tài: “Thiết kế xe mô hình điều khiển từ xa bằng remote IR và
bằng điện thoại android” giúp người thực hiện nắm được lý thuyết về đo lường và
điều khiển, hiểu được nguyên lý điều khiển, tập lệnh vi điều khiển.
Sản phẩm đề tài trước hết có thể để nghiên cứu, mở rộng ứng dụng trong thực
tế sản xuất công nghiệp.

iii. Quá trình thực hiện
 Dàn ý nghiên cứu
 Tia hồng ngoại và điều khiển thiết bị từ xa bằng tia hồng ngoại.
 Công nghệ truyền thông không dây tầm gần Bluetooth.
 Hệ điều hành android.
 Cảm biến trong đo lường: cảm biến sóng siêu âm.
 Vi điều khiển ATMEGA328 và các tập lệnh liên quan.
 Phần mềm điều khiển chạy trên hệ điều hành android.
Báo cáo thể hiện gồm các chương:
 Chương mở đầu: Khái quát về nội dung, mục đích, giới hạn đề tài và
các phương pháp thực hiện.
 Chương 1: Kiến thức tổng quan.
 Chương 2: Giới thiệu về hệ điều hành và các giao tiếp ngoại vi sử dụng
trong thiết kế.
 Chương 3: Thuật toán thực hiện, sơ đồ khối tổng quát và chi tiết, các
bước và quá trình thực hiện.
 Chương 4: Kết quả đạt được và các hướng phát triển.
 Chương kết luận.

13
Footer Page 13 of 126.


Header Page 14 of 126.

 Đối tượng thực hiện
 Khối xử lý tín hiệu và điều khiển: có nhiều phương pháp thực hiện như
dùng IC cứng, dùng vi điều khiển,… Và trong thiết kế này nhóm em sử dụng vi điều
khiển để xử lý tín hiệu và điều khiển toàn bộ hoạt động mạch. Vi điều khiển nhóm
em sử dụng là ATMEGA328, vì dòng vi điều khiển này khá là phổ biến, dễ thực hiện,
tốc độ xử lý nhanh.
 Để thực hiện đo khoảng cách tới vật cản nhóm em sử dụng thiết bị cảm
biến SRF05. Và sử dụng động cơ Servo hỗ trợ chỉnh hướng cho SRF05.
 Thiết bị phát hồng ngoại: Remote hồng ngoại.
 Thiết bị thu hồng ngoại: Mắt thu 1838T.
 Thiết bị phát tín hiệu điều khiển qua sóng Bluetooth: Điện thoại android.
 Thiết bị nhận tín hiệu của điện thoại là module Bluetooth HC05.
 Thiết bị thu dữ liệu thực hiện chức năng dò đường là module hồng ngoại
dò đường.
 Khối chấp hành là module động cơ L298.
 Phương pháp thực hiện
 Tìm hiểu về lý thuyết liên quan.
 Viết và thực hiện các chương trình nhỏ, các bài ví dụ trên vi điều khiển
ATMEGA328 để làm quen với kiến trúc và tập lệnh của vi điều khiển.
 Xây dựng thuật toán đo khoảng cách và điều khiển.
 Viết chương trình thực hiện thuật toán bằng Kit arduino.
 Viết ứng dụng chạy trên hệ điều hành android thực hiện điều khiển.
Ứng dụng viết trên phần mềm eclipse SDK 4.4.2
 Mô phỏng, thi công mạch.

 Thời gian thực hiện
 Tìm hiểu lý thuyết: 2 tuần.
 Xây dựng thuật toán: 4 tuần.
 Viết chương trình: 3 tuần.
 Mô phỏng, sửa mã nguồn: 2 tuần.
 Thi công mạch: 2 tuần.
14
Footer Page 14 of 126.


Header Page 15 of 126.

 Viết báo cáo: 2 tuần.
 Phân công công việc:

Bảng 1: Phân chia công việc
Công việc

Người thực hiện Thời gian
hoàn thành

Kết
quả

Tìm hiểu lý thuyết.

Lê Văn Thành
Trần Văn Thuấn

Tuần 2-3

Hoàn
thành

Điều khiển bằng
Remote qua sóng IR

Trần Văn Thuấn

Tuần 4-7

Hoàn
thành

Điều khiển bằng điện
thoại android qua sóng
Bluetooth
Mã nguồn điều khiển
bằng Remote qua sóng
IR
Mã nguồn điều khiển
bằng điện thoại
android qua sóng
Bluetooth
Xây dựng mã nguồn
ứng dụng android

Lê Văn Thành

Tuần 4-7

Hoàn
thành

Trần Văn Thuấn

Tuần 8-10

Hoàn
thành

Lê Văn Thành

Tuần 8-10

Hoàn
thành

Lê Văn Thành
Trần Văn Thuấn

Tuần 10

Hoàn
thành

Lê Văn Thành
Trần Văn Thuấn
Trần Văn Thuấn

Tuần 11-12

Lê Văn Thành
Trần Văn Thuấn

Tuần 13-15

Hoàn
thành
Hoàn
thành
Hoàn
thành

Xây dựng
phương pháp
thực hiện và
thuật toán
Viết mã
nguồn

Test bo cắm, sửa mã nguồn
Thi công mạch
Viết báo cáo

Tuần 13-15

iv. Chỉ tiêu kỹ thuật
a. Sản phẩm
 Kích thước: cỡ dài.rộng.cao <= 25.15.10 (cm3).

 Khung nhựa, sử dụng 3 bánh chuyển động.
 Tốc độ: trung bình khoảng 30 cm/s.
 Xây dựng được mạch điều khiển xe mô hình sử dụng chip ATMEGA328.
 Xe mô hình điều khiển được bằng 2 phương pháp:
15
Footer Page 15 of 126.


Header Page 16 of 126.

 Điều khiển bằng Remote bằng sóng hồng ngoại (IR).
 Điều khiển bằng điện thoại android qua sóng Bluetooth.
b. Phần mềm android điều khiển
 Giao diện thân thiện, dễ sử dụng.
 Dung lượng cài đặt thấp, phù hợp với các phiên bản android hiện hành.
c. Các chức năng điều khiển
 Đo khoảng cách tới vật cản: khoảng cách lớn nhất đo được 3 mét.
 Thực hiện các chức năng cơ bản: Stop, Tiến, Lùi, Trái, Phải.
 Tự động tránh vật cản với khoảng cách cho trước: 13 cm.
 Thực hiện chức năng dò đường (di chuyển theo tín hiệu phản hồi từ cảm
biến).
Trong đó yêu cầu từng chức năng như sau:
 Điều khiển bằng Remote:
 Khoảng cách điều khiển: 3m.
 Các chức năng điều khiển: Trái, Phải, Stop, Tiến, Tự động tránh vật
cản, Dò đường.
 Tốc độ di chuyển: Do đề tài thực hiện với xe mô hình (khối lượng khá
nhỏ có thể bỏ qua), nên tốc độ di chuyển xe không bị ảnh hưởng bởi gia tốc xe. Vận
tốc trung bình là 30cm/s.
 Độ trễ tín hiệu đạt được: 0.5s.

 Điều khiển bằng Android qua sóng Bluetooth
 Khoảng cách điều khiển: 8 mét.
 Độ trễ đạt được: 0.5s.
 Các chức năng điều khiển: từ điện thoại android, điều khiển bằng chạm
tay hoặc gửi ký tự (go, stop, right, left, tránh vật cản, dò đường).
 Trên phần mềm android có giao diện điều khiển đơn giản với các nút
điều khiển ghi rõ trái, phải, tiến, lùi, stop, tránh vật cản. Các nút turn on, turn off để
kết nối và ngắt kết nối Bluetooth.

16
Footer Page 16 of 126.


Header Page 17 of 126.

CHƯƠNG 1: KIẾN THỨC TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu hệ thống điều khiển từ xa
Hệ thống điều khiển từ xa là một hệ thống cho phép ta điều khiển các thiết bị
từ một khoảng cách xa. Ví dụ hệ thống điều khiển bằng vô tuyến, hệ thống điều khiển
bằng tia hồng ngoại, hệ thống điều khiển từ xa bằng Bluetooth, hệ thống điều khiển
từ xa bằng cáp quang, dây dẫn.
Sơ đồ kết cấu hệ thống điều khiển từ xa nói chung bao gồm:
 Thiết bị phát: biến đổi lệnh điều khiển thành tin tức và phát đi, ở trong thiết
kế này nhóm em sử dụng thiết bị phát là Remote hồng ngoại đối với phương pháp
điều khiển qua sóng hồng ngoại và thiết bị phát là điện thoại Android với phương
pháp điều khiển qua sóng bluetooth.
 Đường truyền: đưa tín hiệu điều khiển từ thiết bị phát đến thiết bị thu.
Trong thiết kế nhóm em sử dụng 2 đường truyền là sóng hồng ngoại và sóng
bluetooth.
 Thiết bị thu: nhận tín hiệu điều khiển từ đường truyền, qua quá trình biến

đồi, biến dịch để tái hiện lại lệnh điều khiển rồi đưa đến các thiết bị thi hành. Trong
thiết kế của nhóm em thì thiết bị thu là mắt thu hồng ngoại 1838T và module
Bluetooth HC05.

Thiết bị phát

Đường truyền

Thiết bị thu

Hình 1.1: Sơ đồ kết cấu hệ thống điều khiển từ xa
Nhiệm vụ cơ bản của các hệ thống điều khiển từ xa:
 Phát tín hiệu điều khiển.
 Sản sinh ra xung hoặc hình thành các xung cần thiết.
 Tổ hợp xung thành mã.
 Phát tổ hợp mã tới điểm chấp hành.

17
Footer Page 17 of 126.


Header Page 18 of 126.

 Ở điểm chấp hành (thiết bị thu) sau khi nhận được mã phải biến đổi các mã
nhận được thành các lệnh điều khiển và đưa đến các thiết bị đồng thời kiểm tra sự
chính xác của mã mới nhận.
1.1.1. Một số vấn đề cơ bản trong hệ thống điều khiển từ xa
Do hệ thống điều khiển từ xa có những đường truyền dẫn xa nên ta phải
nghiên cứu về kết cấu hệ thống để đảm bảo tín hiệu được truyền đi chính xác và
nhanh chóng theo những yêu cầu sau:

1.1.1.1. Kết cấu tin tức
Trong hệ thống điều khiển từ xa đọ tin cậy truyền dẫn tin tức có quan hệ nhiều
đến đến kết cấu tin tức. Nội dung về kết cấu tin tức có hai phần: về lượng và về chất.
Về lượng là cách biến lượng điều khiển và lượng điều khiển thành loại xung gì cho
phù hợp, và những xung đó cần áp dụng những phương pháp gì cho phù hợp, và
những xung đó cần áp dụng những phương pháp nào để hợp thành tin tức, để có dung
lượng lớn nhất và tốc độ truyền nhanh nhất.
1.1.1.2. Về kế cấu hệ thống
Để đảm bảo các yêu cầu về kết cấu tin tức, hệ thống điều khiển từ xa có các
yêu cầu sau:
 Tốc độ làm việc nhanh.
 Thiết bị phải an toàn, tin cậy.
 Kết cấu phải đơn giản.
Hệ thống điều khiển từ xa có hiệu quả cao là hệ thống đạt tốc độ điều khiển
cực đại, đồng thời đảm bảo độ chính xác trong phạm vi cho phép.
1.1.2. Phương pháp mã hóa trong điều khiển từ xa
Trong hệ thống truyền thông tin rời rạc hoặc truyền thông tin liên tục nhưng
đã được rời rạc hóa tin tức thường phải được biến đổi thông qua một phép biến đổi
thành số (thường là nhị phân) rồi mã hóa và được phát đi từ thiết bị phát.Ở thiết bị
thu, các tín hiệu phải thông qua các phép biến đổi ngược lại với các phép biến đổi
trên: giải mã, liên tục hóa,…
18
Footer Page 18 of 126.


Header Page 19 of 126.

1.2. Điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại
1.2.1. Lý thuyết sóng hồng ngoại IR
1.2.1.1. Khái niệm

Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được
bằng mắt thường, có bước sóng khoảng 0.8m đến 0.9m, tia hồng ngoại có vận tốc
truyền bằng vận tốc ánh sáng.
Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu. Nó ứng dụng rộng
rãi trong công nghiệp. Lượng thông tin có thể đạt được tới 3Mbit/s … Trong kỹ thuật
truyền tin bằng sợi quang dẫn không cần các trạm khuếch đại giữa chừng, người ta
có thể truyền một lúc 15000 điện thoại hay 15 kênh truyền hình qua một sợi tơ quang
với đường kính 0.13mm với khoảng cách 10Km đến 20Km. Lượng thông tin được
truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần.
Tia hồng ngoại dễ hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém. Trong điều khiển từ xa,
tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng do đó phải thu đúng hướng.
1.2.1.2. Nguồn phát sáng hồng ngoại và phổ của nó
Các nguồn sóng nhân tạo thường có nhiều sóng hồng ngoại. Hình dưới cho ta
quang phổ của các nguồn phát sáng này.

Hình 1.1: Quang phổ của các nguồn sóng hồng ngoại
Trong đó:

IRED: Diode hồng ngoại.
LA: laser bán dẫn.
19

Footer Page 19 of 126.


Header Page 20 of 126.

LR: đèn huỳnh quang.
Q: bóng đèn thủy tinh.
W: bóng đèn điện với dây tiêm volfram.

PT: phototransistor.
1.2.1.3. Linh kiện thu sóng hồng ngoại
Người ta dùng quang điện trở, phototransistor, photodiode để thu sóng hồng
ngoại gần. Để thu sóng hồng ngoại trung bình và xa phát ra từ cơ thể người, vật
nóng… Loại detector với vật liệu Lithiumtitanat hay tấm chất dẻo PolyvinyLidendifluorid (PVDF). Cơ thể người phát ra tia hồng ngoại với độ dài sóng từ 8ms
đến 10ms.
1.2.1.4. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp điều khiển từ xa bằng tia
hồng ngoại
a. Ưu điểm:
 Không dây dẫn.
 Led phát và thu nhỏ, gọn dễ thiết kế lắp đặt và có độ tin cậy cao.
 Áp cung cấp thấp, công suất tiêu tán nhỏ.
 Điều khiển được nhiều thiết bị.
 Tính khả thi cao, linh kiện dễ tìm thấy và thi công dễ.
b. Nhược điểm:
 Tầm xa bị hạn chế.
 Dòng điện cao tức thời.
 Nhiều hồng ngoại do các nguồn nhiệt xung quanh ta phát ra, nên có ảnh
hưởng và hạn chế tầm phát. Do đó chỉ dùng trong phòng, kho và nơi ít bị ảnh hưởng
của nhiệt độ môi trường.
 Hạn chế khi bị vật cản nên không thể truyền được xa.
1.2.2. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại nói chung
1.2.2.1. Máy phát

20
Footer Page 20 of 126.


Header Page 21 of 126.

Phát lệnh
điều khiển

Điều
chế

Mã hóa

Khuếch
đại

Dạo động tạo sóng
mang

Hình 1.2: Sơ đồ máy phát
Giải thích sơ đồ máy phát:
Máy phát có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển, mã hóa và phát tín hiệu đến máy
thu lệnh truyền đi đã được điều chế.
 Khối phát lệnh điều khiển: khối này có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển từ
nút nhấn (phím điều khiển). Một khi phím nhấn được ấn tức là một lệnh đã được phát
ra. Các nút nhấn có thể là một nút, hay ma trận nút. Ma trận phím được bố trí theo
cột và hàng. Lệnh điều khiển được đưa đến bộ mã hóa dưới dạng các bit nhị phân
tương ứng với từng phím điều khiển.
 Khối mã hóa: để truyền các tín hiệu khác nhau đến máy thu mà chúng
không lẫn lộn nhau, ta phải tiến hành mã hóa các tín hiệu (lệnh điều khiển). Khối mã
hóa này có nhiệm vụ biến đổi các lệnh điều khiển thành các bit nhị phân, hiện tượng
biến đổi này gọi là mã hóa. Có nhiều phương pháp mã hóa khác nhau:
 Điều chế biên độ xung.
 Điều chế vị trí xung.
 Điều chế độ rộng xung.

 Điều chế mã xung.
Trong kỹ thuật điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại, phương pháp điều chế
mã xung thường được sử dụng nhiều hơn cả, vì phương pháp này tương đối đơn giản,
dễ thực hiện.

21
Footer Page 21 of 126.


Header Page 22 of 126.

 Khối dao động tạo sóng mang: khối này có nhiệm vụ tao ra sóng mang
có tần số ổn định, sóng mang này sẽ mang tín hiệu điều khiển khi truyền ra môi
trường.
 Khối điều chế: khối này có nhiệm vụ kết hợp với tín hiệu điều khiển đã
mã hóa sóng mang để đưa đến khối khuếch đại.
 Khối khuếch đại: khuếch đại tín hiệu đủ lớn để led phát hồng ngoại phát
ra môi trường.
 Led phát: biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu hồng ngoại phát ra ngoài
môi trường.
1.2.2.2. Máy thu
Khuếch
đại

Tách
sóng

Mạch chấp
hành

Giải mã

Chốt

Khuếch đại

Hình 1.3: Sơ đồ khối máy thu
Giải thích sơ đồ khối máy thu:
Chức năng của máy thu là thu được tín hiệu điều khiển từ máy phát, loại bỏ
sóng mang, giải mã tín hiệu điều khiển thành các lệnh riêng biệt, từ đó mỗi lệnh sẽ
đưa đến khối chấp hành cụ thể.
 Led thu: thu tín hiệu hồng ngoại do máy phát truyền tới và biến đổi thành
tín hiệu điều khiển.
 Khối khuếch đại: có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều khiển lớn lên từ
Led thu hồng ngoại để quá trình xử lý tín hiệu được dễ dàng.
 Khối tách sóng mang: khối này có chức năng triệt tiêu sóng mang, chỉ giữ
lại tín hiệu điều khiển như tín hiệu gửi đi từ máy phát.

22
Footer Page 22 of 126.


Header Page 23 of 126.

 Khối giải mã: giải mã tín hiệu điều khiển thành các lệnh điều khiển dưới
dạng các bit nhị phân hay các dạng khác để đưa đến khối chấp hành cụ thể. Do đó
nhiệm vụ của khối này là rất quan trọng.
 Khối chốt: có nhiệm vụ giữ nguyên trạng thái tác động khi tín hiệu điều
khiển không còn, điều này có nghĩa là khi phát lệnh điều khiển ta chỉ tác động vào
phím ấn 1 lần, trạng thái chỉ thay đổi khi ta tác động vào nút khác thực hiện lệnh điều

khiển khác.
 Khối khuếch đại: khuếch đại tín hiệu điều khiển đủ lớn để tác động vào
mach chấp hành.
 Khối chấp hành: có thể là role, một linh kiện điều khiển nào đó, đây là
khâu cuối cùng tác động trực tiếp vào thiết bị thực hiện nhiệm vụ điều khiển mong
muốn.
1.3. Điều khiển từ xa bằng Bluetooth
1.3.1. Công nghệ truyền thông không dây Bluetooth
1.3.1.1. Sự ra đời Bluetooth
Bluetooth hiện tại là công nghệ giao tiếp không dây phổ biến nhất trên các
thiết bị di động và có lẽ bạn cũng đã ít nhất một lần truyền/nhận dữ liệu hay nghe
nhạc qua Bluetooth.
Gần 1 nghìn năm sau cái chết của vua Harald Bluetooth, vị vua người Thụy
Điển đã thống nhất được các vùng đất tại bán đảo Scandinavia để quy về một mối
dưới triều đại Viking vào thế kỷ thứ 10, năm 1994 hãng công nghệ Thụy Điển,
Ericsson, đã nảy ra cái tên Bluetooth cho công nghệ không dây mà họ đang phát triển
với mong muốn rằng công nghệ này có thể thực hiện được sứ mệnh “chuẩn hóa” và
thống nhất các kết nối không dây giữa những nhà sản xuất thiết bị cầm tay [2].
Logo Bluetooth là sự kết hợp của 2 ký tự Rune cổ: (Hagall) và (Bjarkan) tương
đương với 2 ký tự H và B trong chữ Latin là viết tắt của Harald Bluetooth.
Sau đó, Bluetooth được liên minh Bluetooth SIG với các thành viên chính là
những hãng sản xuất phần cứng lớn nhất thời bấy giờ như Nokia, Ericsson, Intel,
IBM, Toshiba… “chuẩn hóa” và công bố phiên bản đầu tiên vào năm 1998 [2].
23
Footer Page 23 of 126.


Header Page 24 of 126.

1.3.1.2. Các phiên bản Bluetooth

Từ khi ra đời đến nay, Bluetooth đã cải tiến nhiều phiên từ phiên bản Bluetooth
1.0 đến hiện nay là phiên bản Bluetooth 4.2:
Bảng 1. 1: Các phiên bản Bluetooth
Phiên bản

Chi tiết

Bluetooth

Là phiên bản đầu tiên của chuẩn kết nối Bluetooth được

1.0

đưa vào sử dụng với tốc độ truyền tải dữ liệu là 1Mbs,
tuy nhiên thực tế tốc độ của phiên bản này chỉ đạt được
mức 720kbs [1].

Bluetooth

Là phiên bản nâng cấp sau Bluetooth 1.0 được nâng cấp

2.0 + ERD

tốc độ truyền tải lên 2.1 Mbs cùng với chế độ truyền tải
mới ERD (enhanced data rate). Phiên bản 2.1 được nâng
cấp về tốc độ truyền tải nhưng lại hạn chế trên thiết bị sử
dụng do ERD chỉ là chế độ tùy chọn, một số nhà sản
xuất đã không đưa chế độ này vào sản phẩm của mình
để giảm chi phí sản xuất [1].

Bluetooth

Được nâng cấp từ Bluetooth 2.0 vào năm 2007 với thay

2.1+ ERD

đổi quan trọng như hiệu năng cao hơn, giảm điện năng
tiêu thụ. Phiên bản này được sử dụng trên các thiết bị
như điện thoại di động, laptop, tai nghe ….. Tuy nhiên,
Bluetooth 2.1 vẫn chưa cho người dùng truyền tải các
tập tin có dung lượng lớn [1].

Bluetooth

Năm 2009 buetooth 3.0 ra đời với thay đổi lớn về tốc độ

3.0 + HS

truyền tải, đạt 24Mbps ở phiên bản này các thiết bị có
thể tương tác dễ dàng với nhau hơn, có thể tự dò tìm các
thiết bị ở gần [1].

Bluetooth

Là sự kết hợp của các đời Bluetooth trước đó với nhau.

4.0

Bluetooth 4.0 đạt tốc độ truyền tải lên đến 25Mbps, dễ
dàng ghép đôi các thiết bị với nhau, hiệu năng tiêu thụ

24
Footer Page 24 of 126.


Header Page 25 of 126.

thấp. Đây là chuẩn Bluetooth được sử dụng trên hầu hết
các thiết bị hiện nay [1].
Bluetooth

Là phiên bản mới nhất ra đời đầu năm 2014 với nhiều

4.1

cải tiến vượt bậc so với Bluetooth 4.0 [1].

Bluetooth

Bluetooth v4.2 được phát hành vào 02 tháng 12, năm

4.2

2014. Nó giới thiệu một số tính năng quan trọng
cho IOT (internet of things). Một số tính năng, chẳng
hạn như dữ liệu chiều dài mở rộng, yêu cầu cập nhật
phần cứng.Tuy nhiên, một số phần cứng Bluetooth cũ có
thể nhận được một số tính năng Bluetooth v4.2, chẳng
hạn như cập nhật bảo mật thông qua firmware.

1.3.1.3. Ưu điểm và nhược điểm của điều khiển từ xa qua Bluetooth
a. Ưu điểm:
 Tiêu thụ năng lượng thấp.
 Cho phép ứng dụng được nhiều loại thiết bị cầm tay và điện thoại di động
 Giá thành ngày một giảm.
 Khoảng cách giao tiếp cho phép giữa 2 thiết bị kết nối có thể lên đến 100m
 Sử dụng băng tần 2.4GHz, tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới 1Mbps mà
các thiết bị không cần phải trực tiếp thấy nhau.
 Tính tương thích cao và được nhiều nhà sản xuất phần cứng cũng như
phần mềm hỗ trợ.
b. Nhược điểm:
 Khoảng cách kết nối còn ngắn so với công nghệ mạng không dây khác.
 Chỉ kết nối được 2 thiết bị với nhau, không kết nối được thành mạng.
1.3.2. Các vấn đề bảo mật trong công nghệ Bluetooth
1.3.2.1. Bảo mật
Khi sử dụng công nghệ buletooth, chắc hẳn mọi người ai cũng quan tâm đến
vấn đề bảo mật của nó. Tùy thuộc vào cách nó được cấu hình mà công nghệ Bluetooth

25
Footer Page 25 of 126.