THIẾT KẾ XE ĐIỀU KHIỂN VÀ THU THẬP NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM BẰNG BLUETOOTH TRÊN ĐIỆN THOẠI ANDROID

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO
ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2

Đề tài:

THIẾT KẾ XE ĐIỀU KHIỂN VÀ THU THẬP
NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM BẰNG BLUETOOTH TRÊN
ĐIỆN THOẠI ANDROID
GVHD :
HVTH :
MSSV :

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 12 năm 2016

1
ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

LỜI CẢM ƠN


Để hoàn thành đồ án “Thiết kế xe điều khiển và thu thập nhiệt độ độ ẩm bằng
Buetooth trên điện thoại Android “em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của
thầy NVH - giảng viên khoa Điện- Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
Tp.HCM. cùng với sự giúp đõ chân tình cảu bạn bè đã giúp em tìm hiểu về đề tài này.
Trong quá trình tìm hiểu và thực hiện đề tài không tránh khỏi những sai sót. Em
mong Thầy cùng các bạn góp ý kiến để đề tài hoàn thiện hơn và em hiểu sâu hơn về đề
tài.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

2
ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... 2
LỜI NÓI ĐẦU .............................................................................................................. 5
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU YÊU CẦU – GIỚI HẠN ĐỀ TÀI ........................................ 6
1.1

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI. ..................................................................................... 6

1.2

GIỚI HẠN ĐỀ TÀI .......................................................................................... 6

1.3

MỤC ĐÍCH. .................................................................................................... 6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................... 7
2.1 GIỚI THIÊU VỀ CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY BUETOOTH .............................. 7
2.1.1 KHÁI NIỆM. ................................................................................................. 7
2.1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ BLUETOOTH ........................................... 7
2.1.3

HOẠT ĐỘNG ........................................................................................... 7

2.1.4

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ........................................................................... 7

GIỚI THIỆU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID ................................................ 8

2.2

2.2.1

GIỚI THIỆU VỀ ANDROID ..................................................................... 8

2.2.2

LỊCH SỬ HÌNH THÀNH .......................................................................... 8

2.2.3

TÍNH NĂNG CỦA ANDROID .................................................................. 9

2.2.4

KIẾN TRÚC HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID. ............................................ 10

2.3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ARDUINO. .............................................................. 10
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ............................................................................................. 11
YÊU CẦU THIẾT KẾ ................................................................................... 12

3.1

3.1.1

XE .......................................................................................................... 12

3.1.2

PHẦN MỀM ĐIỆN THOẠI .................................................................... 12

Chức năng từng khối :................................................................................................. 12
3.2.1 THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE ........................................................................... 13
3.2 CÁC KHỐI CHÍNH .......................................................................................... 15
3.2.1
a.

KHỐI XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN (ARDUINO UNO R3) .......................... 15

GIỚI THIỆU VỀ BOARD ARDUINO UNO ...................................................... 15
b.

CÁC THÔNG SỐ CHI TIẾT CỦA BOARD ARDUINO UNO: .................... 15

3.2.2 KHỐI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ .................................................................. 16
3.2.3

KHỐI TRUYỀN NHẬN TÍN HIỆU ......................................................... 17

3.2.4 KHỐI DỮ LIỆU .......................................................................................... 18

3.2.5

KHỐI NGUỒN....................................................................................... 20

3
ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
3.3

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

LƯU ĐỒ ........................................................................................................ 20

3.3.2 LƯU ĐỒ ..................................................................................................... 21
CHƯƠNG 4: THI CÔNG ............................................................................................ 22
4.1

VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ............................................................................... 22

4.2

THIẾT KẾ PHẦN CỨNG XE ROBOT .......................................................... 22

4.3 VẼ PCB ............................................................................................................. 22
4.4

VIẾT CHƯƠNG TRÌNH GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN XE ROBOT ................. 23

4.5

VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ........................................................ 24

CHƯƠNG 5 : KẾT QUẢ THỰC HIỆN ....................................................................... 26
5.1

KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ................................................................................. 26

5.2

HÌNH ẢNH CỦA SẢN PHẨM ....................................................................... 26

5.3

CÁC KẾT LUẬN RÚT RA ĐƯỢC................................................................. 27

5.4

HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .................................................................... 27

PHỤ LỤC: .................................................................................................................. 28
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 33

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2. 1: Android timeline ............................................................................................... 8
Hình 2. 2: Mô hình kiến trúc nền tảng hệ điều hành Android ...................................... 10
Hình 2.3: Những thành viên khởi xướng Arduino. ........................................................ 11
Hình 3.1 Sơ đồ khối .......................................................................................................... 12
Hình 3.2 : sơ đồ khối của xe robot ................................................................................... 13

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý. ............................................................................................... 14
Hình 3.5: Sơ đồ chân của L298

Hình 3.6:Mạch L298N..................................... 16

Hình 3.8: sơ đồ kết nối của DTH11 ................................................................................. 18
Hình 3.10 : lưu đồ và giải thuật ....................................................................................... 21
Hình 4.1: Khung xe (smartcar) ....................................................................................... 22
Hình 4.2 sơ đồ mạch in .................................................................................................... 23

4
ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển, vi điều khiển AVR và vi điều
khiển PIC ngày càng thông dụng và hoàn thiện hơn, nhưng có thể nói sự xuất hiện của
Arduino vào năm 2005 tại Italia đã mở ra một hướng đi mới cho vi điều khiển. Sự xuất
hiện của Arduino đã hỗ trợ cho con người rất nhiều trong lập trình và thiết kế, nhất là
đối với những người bắt đầu tìm tòi về vi điều khiển mà không có quá nhiều kiến thức,
hiểu biết sâu sắc về vật lý và điện tử. Phần cứng của thiết bị đã được tích hợp nhiều chức
năng cơ bản và là mã nguồn mở. Ngôn ngữ lập trình trên nền Java lại vô cùng dễ sử dụng
tương thích với ngôn ngữ C và hệ thư viện rất phong phú và được chia sẻ miễn phí.
Chính vì những lý do như vậy nên Arduino hiện đang dần phổ biến và được phát triển
ngày càng mạnh mẽ trên toàn thế giới. Trên cơ sở kiến thức đã học trong môn học: Tin

học đại cương, vi xử lý, điện tử cơ bản, kỹ thuật số… cùng với những hiểu biết về các
thiết bị điện tử, em đã quyết định thực hiện đề tài: ĐIỀU KHIỂN XE VÀ THU THẬP
NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM BẰNG BLUETOOTH THÔNG QUA ĐIỆN THOẠI ANDROID.
Với mục đích để tìm hiểu thêm về Arduino, làm quen với các thiết bị điện tử, cách lập
trình giao tiếp với điện thoại thông qua bluetooth và nâng cao hiểu biết cho bản thân. Do
kiến thức còn hạn hẹp nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế vì thế
em rất mong có được sự góp ý và nhắc nhỡ từ thầy giáo để có thể hoàn thiện đề tài của
mình. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Văn Hiệp đã giúp đỡ em rất nhiều
trong quá trình tìm hiểu, thiết kế và hoàn thành đề tài đồ án 2 này.
TP HCM, ngày 25 tháng 11 năm 2016
Sinh viên thực hiện

5
ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU YÊU CẦU – GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI.
Ngày nay trên thế giới với sự bùng nổ của các ngành công nghệ thông tin, điện tử
đã làm cho đời sống con người ngày càng hoàn thiện. Các thiết bị thông minh đã ngày
càng được ứng dụng vào cuộc sống sịnh hoạt hằng ngày của mỗi con người. Đặc biệt,
smartphone đã trở thành 1 phần quen thuộc trong cuộc sống thường nhật của mỗi các
nhân và nhu cầu ứng dụng của các smartphone vào cuộc đời sống hằng ngày càng
tăng cao. Bài viết này giới thiệu một cách ngắn gọn một đề tài ứng dụng thực tế điều
khiển mô hình bằng điện thoại Android thông qua song Bluetooth để nâng cao chất
lượng cuộc sống hằng ngày của con người như những trò chơi giải trí và đáp ứng các

nhu cầu ngày càng mạnh mẽ trong thời đại công nghệ số. Hệ thống điều khiển đóng
một vai trờ quan trọng trong việc phát triển và sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật công
nghệ, văn minh hiện đại. Thực tế mỗi khia cạnh của hoạt động hang ngày đều bị chi
phối bởi một vài loại hệ thống điều khiển. Trong sinh hoạt hằng ngày cảu con người
như trò chơi giải trí (robot, xe điều khiển từ xa…) cho đến nhũng 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 lịnh vực của đời sống. Chính
vì lý do đó mà em chọn đề tài “thiết kế và điều khiển xe thu thập nhiệt độ độ ẩm gửi
về điện thoại Android thống qua song Bluetooth”.

1.2

GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Thiết kế được xe robot hoàn chỉnh và điều khiển được xe tiến, lùi, rẽ phải, rẽ trái
bằng giao diện tự thiết kế trên điện thoại Android. Bên cạnh đó thì thu thập được nhiệt
độ và độ ẩm từ xe robot gửi về hiển thị trên điện thoại Andoird.

1.3

MỤC ĐÍCH.

Hiểu rõ hơn cách sử dụng và hoạt động của board Arduino. Biết cách tạo 1 giao
điện đơn giản trên điện thoại để điều khiển xe robot. Biết cách điều khiển thiết bị
bằng Bluetooth.

6
ĐỒ ÁN 2

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 GIỚI THIÊU VỀ CÔNG NGHỆ KHÔNG DÂY BUETOOTH
2.1.1 KHÁI NIỆM.
Bluetooth là công nghệ cho phép truyền thông giữa các thiết bị với nhau mà không
cần dây dẫn. nó là một chuẩn điện tử, điều đó có ngĩa là các hãng sản xuất muốn có
đặc tính này trong sản phẩm thì họ phải tuân theo các yêu cầu của chuẩn này cho san
phẩm mình. Những chỉ tiêu kỹ thuật này đảm bảo cho các thiết bị có thẻ nhận ra và
tương tác với nhau khi sử dụng công nghệ Bluetooth. Ngày nay phần lớn các nhà sản
xuất thiết bị có sử dụng công nghệ Bluetooth. Các thiết bị này gồm có điện thoại di
động, máy tính và các thiết bị hỗ trợ cá nhân PDA (Prosonal Digital Assisant).
Công nghệ Bluetooth là một công nghệ dựa trên tần số vô tuyến và bất cứ một
thiết bị nào có tích hipwj bên trong công nghệ này đều có thể truyền thông với cấc
thiết bị khác với một khoảng cách nhất định về cự ly để dảm d bảo công suất cho việc
phát và nhận song. Công nghệ này thường được sử dụng để truyền thông giữa hai thiết
bị khác nhau.

2.1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ BLUETOOTH
a. ƯU ĐIỂM
Tiêu thụ năng lượng thấp.
Cho phép úng dụng được nhiều loại thiết bị gồm các thiêt bị cầm tay và di động .
Giá thành ngày càng giảm.
Khoảng cách cho phép giao tiế giữa hai thiết bị kết nối có thể lên đến 100m.
Bluetooth sử dụng bang tần 2.4GHZ, tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới mức tối
đa 1Mbps mà các thiết bị không cần phải trực tiếp thấy nhau.
Chỉ kết nối được hai thiết bị với nhau không kết nối thành mạng.

-

b. NHƯỢC ĐIỂM
-

Khoảng cách kết nối còn ngắn so với công nghệ mạng không dây khác.

2.1.3 HOẠT ĐỘNG
Bluetooth là chuẩn kết nối không dây tầm ngắn, thiết kế cho các kết nối thiết bị
cá nhân hay mạng cục bộ nhỏ trong phạm vi băng tần từ 2.4GHz đến 2.485GHz.
Bluetooth được thiết kế hoạt động trên 79 tần số đơn lẻ. Khi kết nối , nó sẽ tự động
tìm ra tần số tương thích để di chuyển đến thiết bị cần kết nối trong khu vực nhằm
đảm bảo sự liên tục.

2.1.4 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
- Blutooth 1.0 (7/1999): phiên bản đầu tiên được đưa ra thị trường với tốc độ kết nối
ban đầu là 1Mbps. Tuy nhiên, trên thực tế tốc độ kết nối của thế hệ này chưa bao
giờ đạt quá mức 700Kbps
- Bluetooth 1.1 (2001): Đánh dấu bước phát triển mới của công nghệ Bluetooth trên
nhiều lĩnh vực khác nhau với sự quan tâm của nhiều nhà sản xuất mới.
- Bluetooth 1.2 (11/2003): Bắt đầu có nhiều tiến bộ đáng kể. Chuẩn này hoạt động
dựa trên băng tần 2.4GHz và tăng cường kết nối thoại.

7
ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

- Bluetooth 2.0+ERD (2004): Bắt đầu nâng cao tốc độ và giảm thiểu một nửa năng
lượng tiêu thụ so với trước đây. Tốc độ của chuẩn Bluetooth lên đến 2.1Mbps với
chế độ cải thiện kết nối truyền tải–ERD (Enhanced data rate).
- Bluetooth 2.1+ERD (2004): đây chính là thế hệ nâng cấp của Bluetooth 2.0 có hiệu
năng cao hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.
- Bluetooth 3.0+HS (2008): có tốc độ truyền dữ liệu đạt mức 24Mbps – bằng sóng
Blutooth – High Speed, tương đương chuẩn Wifi thế hệ đầu tiên, phạm vi hiệu quả
nhất chỉ trong vòng 10m.
- Bluetooth 4.0 (30/06/2010): chuẩn Bluetooth mới nhất hiện nay. Bluetooth 4.0 là
sự kết hợp của “classic Bluetooth” (Bluetooth 2.1 và 3.0), “Bluetooth high speed”
( Bluetooth 3.0 + HS) và “ Bluetooth low energy -Bluetooth năng lượng thấp
(Bluetooth Smart Ready/ Bluetooth Smart). “Bluetooth low enegry” là một phần
của Bluetooth 4.0 với một giao thức tiêu chuẩn của Bluetooth 1.0 vào 4.0 nhằm
phục vụ cho những ứng dụng năng lượng cực thấp.

2.2 GIỚI THIỆU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID
2.2.1 GIỚI THIỆU VỀ ANDROID
Hệ điều hành Android là hệ điều hành mở, hoàn thiện, cho phép người dùng tùy biến
nó. Tương thích với hầu hết các nhà sản xuất phần cứng.

2.2.2 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH
Ban đầu, Android là hệ điều hành cho các thiết bị cầm tay dựa trên lõi Linux do
công ty Android Inc. (California, Mỹ) thiết kế. Công ty này sau đó được Google
mua lại vào năm 2005 và bắt đầu xây dựng Android Platform. Các thành viên chủ
chốt tại ở Android Inc. gồm có: Andy Rubin, Rich Miner, Nick Sears, and Chris
White.

Hình 2. 1: Android timeline
Và sau tiếp, vào cuối năm 2007, thuộc về liên minh thiết bị câm tay. Mã nguồn

mở(Open handset Alliance ) gồm các thành viên nổi bật trong ngành viễn thông và
thiết bị cầm tay như: Texas Intruments, Broadcom Coroarate, Google, HTC, Intel
, LG, Marvell, Teachnology Group, Motorola, Nvidia,Qualcomm,Samsung
Electronics, Sprint Nextel, T-Moble, ARM Holdings, Atheros Communications,
Asustek Cmputer Inc . . .
8
ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

Mục tiêu của Liên minh này là nhanh chóng đổi mới để đáp ứng tốt hơn cho nhu
cầu người tiêu dùng và kết quả đầu tiên của nó chính là nền tảng Android. Android
được thiết kế để phục vụ nhu cầu của các nhà sản xuất thiết, các nhà khai thác và
các lập trình viên thiết bị cầm tay.
Phiên bản SDK lần đầu tiên phát hành vào tháng 11 năm 2007, hãng T-Mobile
cũng công bố chiếc điện thoại Android đầu tiên đó là chiếc T-Mobile G1, chiếc
smartphone đầu tiên dựa trên nền tảng Android. Một vài ngày sau đó, Google lại
tiếp tục công bố sự ra mắt phiên bản Android SDK release Candidate 1.0. Trong
tháng 10 năm 2008, Google được cấp giấy phép mã nguồn mở cho Android
Platform.
Khi Android được phát hành thì một trong số các mục tiêu trong kiến trúc của
nó là cho phép các ứng dụng có thể tương tác được với nhau và có thể sử dụng lại
các thành phần từ những ứng dụng khác. Việc tái sử dụng không chỉ được áp dụng
cho các dịch vụ mà nó còn được áp dụng cho cả các thành phần dữ liệu và giao
diện người dùng. Vào cuối năm 2008, Google cho phát hành một thiết bị cầm tay
được gọi là Android Dev Phone 1 có thể chạy được các ứng dụng Android mà
không bị ràng buộc vào các nhà cung cấp mạng điện thoại di động. Mục tiêu của

thiết bị này là cho phép các nhà phát triển thực hiện các cuộc thí nghiệm trên một
thiết bị thực có thể chạy hệ điều hành Android mà không phải ký một bản hợp đồng
nào.
Vào khoảng cùng thời gian đó thì Google cũng cho phát hành một phiên vản vá
lỗi 1.1 của hệ điều hành này. Ở cả hai phiên bản 1.0 và 1.1 Android chưa hỗ trợ
soft-key board mà đòi hỏi các thiết bị phải sử dụng bàn phím vật lý. Android cố
định vấn đề này bằng cách phát hành SDK 1.5 vào tháng Tư năm 2009, cùng với
một số tính năng khác. Chẳng hạn như nâng cao khả năng ghi âm truyền thông, vật
dụng, và các live folder.
2.2.3 TÍNH NĂNG CỦA ANDROID
 Android là một hệ điều hành mạnh với các tính năng sau:
 Lưu trữ: sử dụng SQLite, một cơ sở dữ liệu quan hệ, trọng lượng nhẹ cho dữ liệu
lưu trữ.
 Kết nối: Hỗ trợ GSM/EDGE, IDEN, CDMA, EV-DO, UTMS, Bluetooth (A2DP và
AVRCP), Wifi, LTE và Wimax.
 Tin nhắn: hỗ trợ cả SMS và MMS.
 Trình duyệt web: dựa trên WebKit mã nguồn mở, cùng với V8 JavaScript của
Chrome, hỗ trỡ HTML5 và CSS3.
 Truyền thông hỗ trợ: Bao gồm hỗ trợ cho các phương tiện truyền thông: H.263,
H.264 ( trong 3GP hoặc MP4 container ), MPEG-4 SP, AMR, AMR-WB, AAC,
HE-AAC, MP3, MIDI, OggVorbis, WAV, PNG, GIF và BMP.
 Hỗ trợ phần cứng: Accelerometer cảm biến, máy ảnh, kỹ thuật số Compass, cảm
biến tiệm cận và GPS.
 Multi-touch: hỗ trợ màn hình cảm ứng đa điểm.
 Đa chức năng: Hỗ trợ các ứng dụng đa tác vụ.
 Tethring: Hỗ trợ chia sẻ kết nối Internet là một điểm phát sóng không dây/có dây.
9
ĐỒ ÁN 2

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
2.2.4

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

KIẾN TRÚC HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID.
 Kiến trúc hệ điều hành Android gồm 4 lớp cơ bản:
 Nền ứng dụng (Application Framework)
 Thư viện (Libraries )
 Android Runtime
 Linux Kernel

Hình 2. 2: Mô hình kiến trúc nền tảng hệ điều hành Android
2.3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ARDUINO.

Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dung DIY ( là những người
tự chế ra sản phẩm của mình ) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây, gần giống với
những gì Apple đã làm được trên thị trường thiết bị di động. Số lượng người dung cực
lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học làm cho ngay
cả những người tạo ra chúng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến.

10
ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

Hình 2.3: Những thành viên khởi xướng Arduino.

Arduino là gì mà có thể ngay cả nhũng sinh viên và nhà nghiên cứu tại các trường
đại học danh tiếng như MIT, Stanford, Carnegie Mellon phải sử dụng, hoặc ngay cả
google cũng muốn hỗ trợ hi cho ra đời bộ kít Arduino mega ADK dung để phát triển
trên các ứng dụng tương tác với cảm biến với các thiết bị khác?
Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dung để lập trình tương tác với các
thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác Đặc điểm nổi
bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn
ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện
tử và lập trình và điều hiển làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá thấy với
tính chấ nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm chỉ cới khoảng $30, người dung đã có
thể sở hữu board Arduino có 20 ngõ I/O có thể tương tác và điều khiển chừng ấy thiết
bị.
Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea thuộc nước Ý và được đặt theo tên một vị vua vào
thế kỷ thứ 9 là King Arduino, Arduino chính thức được đưa ra giới thiệu vào năm
2005 như là một công cụ khiêm tốn dành cho các sinh viên của giáo sư Massimo
Banzi, là một trong những người phát triển Arduino, tại trường Interaction Design
Instistute Ivrea (IDII). Mặt dù hầu như không được tiếp thị gì cả, tin tức về arduino
vẫn lan truyền voiw tốc độ chóng mặt nhờ những lời truyền miệng tốt đẹp của nhũng
người dung đầu tiên. Hiện nay Arduino nổi tiếng tới nỗi có người tìm đến thị trấn
Ivrea chỉ để tham quan nói đã sản sinh ra Arduino.

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ
11
ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

3.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ
3.1.1 XE
- Điều khiển xe với các yêu cầu sau :
 Tiến, lùi , xoay phải xoay trái.
 Nhận được tín hiều điều khiển từ thiết bị điều khiển cầm tay.
 Chạy đúng theo yêu cầu điều khiển.
 Đáp úng nhanh khi nhận được tín hiệu điều khiển.
 Xe có diện tích không quá lớn và các phần trên xe phải gọn gang trong quá
trình di chuyển
 Thu thập được nhiệt độ, độ ẩm và gửi về thiết bị điều khiển cầm tay.

3.1.2 PHẦN MỀM ĐIỆN THOẠI
 Phần mềm điện thoại phải có đầy đủ các chức năng chính như:
 Các phím nhấn tiến, lùi , xuống, rẽ phải , rẽ trái.
 Phần kết nối với thiết bị Blluetooth trên xe.
 Phần hiển thị nhiệt độ và độ ẩm được gửi về từ điện thoại.

3.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI

Hình 3.1 Sơ đồ khối
Chức năng từng khối :

 Khối nguồn: cấp nguồn cho các khối khác hoạt đông.
 Khối thu thập dữ liệu: thu thập nhiệt độ tại nơi xe đi qua và gửi về trung
tâm xử lý.
 Khối động cơ giảm tốc: để thực hiện cho xe chạy tiến, lùi, xoay phải,
xoay trái .
 Khối điều khiển và hiển thị: dùng điện thoại Android gửi tín hiệu điều
khiển tới xe và hiển thị nhiệt độ, độ ẩm từ board gửi lên.
 Khối điều khiển động cơ: điều khiển bốn động cơ theo đúng tín hiệu điều

khiển.

12
ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

3.2.1 THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE
 Kích thước xe :
 Chiều cao : 10cm
 Chiều dài thân xe: 25 cm
 Bề ngang của xe : 17cm
 Các thành phần của khung xe bao gồm :
 Khung nhựa perspex chất lượng cao (220mmx150mm)
 Bánh xe đường kính 66mm
 Động cơ DC 5V/300mA tích hợp bộ giảm tốc (1:48)
 Bộ kẹp nhôm cố định động cơ vào khung
 1 khay lăp pin
 1 công tắc nguồn
 Bộ ốc vít để lắp đặt.
 Sơ đồ khối của xe

Hình 3.2 : sơ đồ khối của xe robot

13
ĐỒ ÁN 2

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

 Sơ đồ kết nối :

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý.

14
ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

3.2 CÁC KHỐI CHÍNH

3.2.1 KHỐI XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN (ARDUINO UNO R3)
a. GIỚI THIỆU VỀ BOARD ARDUINO UNO

Hình 3.4: module Arduino Uno
 Arduino Uno là 1 bo mạch thiết kế với bộ xử lý trung tâm là vi điều khiển AVR
Atmega328. Cấu tao chính Arduino Uno bao gồm các phần sau:
- Cổng USB : dây là loại cổng giao tiếp để upload code từ PC lên vi điều khiển Đồng
thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và máy tính
- Jac nguồn: để chạy Arduino thì có thể lấy nguồn từ cổng USB ở trên, nhưng không
phải lúc nào cũng có thể cám với máy tính được Lúc đó ta cần một nguồn từ 9V
đến 12V.

- Có 14 chân vào/ra số đánh số theo thứ từ từ 0 đến 13, ngoài ra có một chân nối đất
(GND) và một chân điện áp tham chiếu (AREF).
- Vi điều khiển AVR: đây là bộ vi xử lý trung tâm của toàn bộ bo mạch Với mỗi mẫu
Arduino khác nhau thì con chip là khác nhau. ở con Arduino Uno này thì sử dụng
ATMega328.
b. CÁC THÔNG SỐ CHI TIẾT CỦA BOARD ARDUINO UNO:
 Vi xử lý :
Atttmega328
 Điện áp hoạt đông
5V
 Điện áp đầu vào:
7-12V
 Điện áp đầu vào( giới hạn )
6-20V
 Chân vào/ra(I/Ô số :
14( chân có thể cho đầu ra PWM)
 Chân vào tương tự :
6
15
ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

 Dòng điện trong mỗi I/O:
40mA
 Dòng điện chân nguồn 3.3V:
50mA

 Bộ nhớ trong :
32 KB (ATmega328)
 SRAM :
2 KB (ATmega328)
 EFROM :
1 KB (ATmega328)
 Xung nhịp :
1MHZ
3.2.2 KHỐI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
Khi nói đến điêu khiển xe robot là không thể quên đi động cơ. Do đó việc lựa
chọn module điều khiển động cơ là hết sức quan trọng và cần thiết. Hiện nay trên
thị trường có rất nhiều module hay IC điều khiển động cơ khác nhau với nhiều
mức giá và công dụng khác nhau. Trong số đó thì có module L298 là module mà
có giá thành vừa phải và điều khiển đơn nhưng vẫn đáp ứng đầy đủ yêu cầu của
đề tài.
- IC L298 là một IC tích hợp nguyên khối gồm 2 mạch cầu H bên trong. Với điện
áp làm tăng công suất đầu ra từ 5V – 47V , dòng lên đến 4A, L298 rất thích hợp
trong những ứng dụng công suất nhỏ như động cơ DC loại vừa.

Hình 3.5: Sơ đồ chân của
L298
-

Hình 3.6:Mạch L298N

Chức năng các chân của L298:
 4 chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 được nối lần lượt với các chân 5, 7, 10, 12
của L298. Đây là các chân nhận tín hiệu điều khiển.
 4 chân OUTPUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương ứng với các chân
INPUT) được nối với các chân 2, 3, 13, 14 của L298.Các chân này sẽ được nối

với động cơ.
 Hai chân ENA và ENB dung để điều khiển các mạch cầu H trong L298. Nếu ở
mức logic “1” (nối với nguồn 5V) thì cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ở
mức logic “0” thì mạch cầu H không hoạt động. Khi ENA = 0: Động cơ không
quay với mọi đầu vào. Khi ENA = 1:
INT1 = 1; INT2 = 0: động cơ quay thuận.

16
ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

3.2.3

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

INT1 = 0; INT2 = 1: động cơ quay nghịch.
INT1 = INT2: động cơ dừng ngay tức thì.
KHỐI TRUYỀN NHẬN TÍN HIỆU

a. Giới thiệu về module HC-05
- Module Bluetooth HC-05 được thiết kế để chuyển đổi giao tiếp nối tiếp không
đồng bộ và thành giao tiếp không dây Bluetooth và ngược lại

Hình 3.7: Sơ đồ chân của HC-05
- Module Bluetooth HC05 là chuẩn truyền thông không dây để trao đổi dữ liệu ở
khoảng cách ngắn.Chuẩn truyền thông này sử dụng sóng radio ngắn (UHF radio)
trong dải tần số ISM (2.4 tới 2.485 GHz). Khoảng cách truyền của module này vào
khoảng 10m. Module HC-05 được thiết kế dựa trên chip BC417. Con chip này khá

phức tạp và sử dụng bộ nhớ flash ngoài 8Mbit. Nhưng việc sử dụng module này
hoàn toàn đơn giản bởi nhà sản xuất đã tích hợp mọi thứ trên module HC-05. Đặc
điểm đặc biệt của module này là có thể hoạt động ở 2 chế độ: Command Mode
(giao tiếp với Modue thông qua cổng serial trên Module bằng tập lệnh AT) hoặc
Data Mode (truyền nhận dữ liệu với Module Bluetooth khác). Ơ chế độ Data Mode,
HC-05 có thể đảm nhận 3 vai trò: Master, Slave hoặc Loopback (lặp lại).
 Ở chế độ SLAVE: cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb Bluetooth
để dò tìm Module Bluetooth HC-05 và kết nối với mã PIN là 1234. Sau hi kết
nối thành công, sẽ có 1 cổng serial từ xa hoạt động với tốc độ baud rate 9600.
 Ở chế độ MASTER: module sẽ tự động dò tìm thiết bị Bluetooth khác (1
module Bluetooth HC-05), usb Blluetooth, Bluetooth của laptop ...) và tiến
hành phải chủ động mà không cần thiết lập gì từ máy tính hoặc smartphone.

b. Thông số kỹ thuật :
- Chuẩn Bluetooth : V2.0+EDR
- Bảo mật : Authentication and encryption
- Baud Rate mặc định : 38400, databits: 8, stopbit: 1,parity: No
17
ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

-

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

Sử dụng chip: BC417
Điện áp hoạt động : 3.3V – 6V.
Dòng hoạt đông: 20-30 mA.

Tốc độ truyền UART: 1200-2400-4800-9600-19200-38400-57600-115200.
Tần số hoạt động: 2.4Ghz.
Pass kết nối mặc định :1234

3.2.4 KHỐI DỮ LIỆU
c. Hiện nay trên thị trường thì cảm biến nhiệt và độ ẩm có rất nhiều loại và giá cả
khác nhau, chẳng hạn như: DS18B20, LM35, DHT11, DTH22, SHT75... Trong
đó thì có cảm biến DTH11 là cảm biến vừa đo nhiệt độ vừa đo độ ẩm với sai số
vừa phải và giá thành cũng phải chăng với đồ án sinh viên.

a. Giới thiệu
DTH11 là cảm biến nhiệt độ độ ẩm. Nó ra đời sau và được sử dụng thay thế cho
dòng SHT1x ở nhũng nơi không cần độ chính xác cao về nhiệt độ và độ ẩm.
DTH11 có cấu tạo 4 chân như hình. Nó sủ dụng giao tiếp số theo chuẩn 1 dây.
Thông số kỹ thuật:
 Độ ẩm : 20%-95%
 Nhiệt độ : 0-500C
 Sai số độ ẩm : ±5%
 Sai số nhiệt độ: ±20C
b. Nguyên lý hoạt động :
- Sơ đồ kết nối:

Hình 3.8: sơ đồ kết nối của DTH11
-

Nguyên lý hoạt động: để có thể giao tiếp với DTH11 theo chuẩn 1 chân vi
xử lý thực hiện theo 2 bước:
 Gửi tín hiệu muốn đo (Start) tới DTH11, sau đó DTH11 xác nhận lại.

18

ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

 Khi đã giao tiếp được với DTH11, cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và
nhiệt độ đo được.
Bước 1: gửi tín hiệu Start

 MCU thiết lập chân DATA là output, kéo chân DATA xuống 0 trong
khoảng thời gian >18ms. Khi đó DTH11 sẽ hiểu MCU muốn đo giá trị nhiệt
độ và độ ẩm .
 MCU đưa chân DATA lên 1, sau đó thiết lập lại là chân đầu vào.
 Sau khoảng thời gian 20-40us, DTH11 sẽ kéo chân DATA xuống thấp.
Nếu >40us mà chân DATA không được kéo xuống thấp nghĩa là không giao
tiếp được với DTH11.
 Chân DATA sẽ ở mức thấp 80us sau đó được DTH11 kéo nên cao trong
80us. Bằng việc giám sát chân DATA, MCU có thể được có giao tiếp được
với DTH11 không. Nếu tín hiệu đo được DTH11 lên cao, khi đó hoàn thiện
quá trình giao tiếp của MCU với DTH.
Bước 2: DTH11 sẽ trả giá trị nhiệt độ và độ ẩm về dưới dạng 5 byte. Trong đó:
 Byte 1: giá trị phần nguyên của độ ẩm (RH% )
 Byte 2: giá trị phần thập phân của độ ẩm (RH% )
 Byte 3: giá trị phần nguyên của nhiệt độ(TC)
 Byte 4: giá trị phần thập phân của nhiệt độ(TC)
 Byte 5: kiểm tra tổng.
Nếu byte 5 = (8bit) (byte 1 + byte2 + byte3 + byte4) thì giá trị độ ẩm và nhiệt
độ là chính xác, nếu sau thì kết quả đo là không có nghĩa. Đọc dữ liệu :

 Sau khi giao tiếp được với DTH11. DTH11 sẽ gửi liên tiếp 40 bit 0 hoặc
1 về MCU, tương ứng chia thành 5 byet kết quả của nhiệt độ và độ ẩm.

19
ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

3.2.5

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

KHỐI NGUỒN

Hình 3.9: Pin 18650
Các thông số chính của pin :
Model

UR18650FM

Dung lượng
Hãng sản xuất

2600mAh
SANYO

Điện thế

3.7V

Size

18x65.

Trọng lượng

45g

Tuổi thọ

3 - 5 năm

3.3
LƯU ĐỒ
3.3.1 YÊU CẦU
- Xe nhận tín hiệu điều khiển từ điện thoại thông qua Bluetooth
- Phần mềm trên điện thoại bao gồm: Tiến, lùi, xoay trái, xoay
phải, tăng tốc, giảm tốc, thanh trượt dùng để điều chỉnh tốc độ
- Xe sẽ hoạt động ứng với các nút trên điện thoại

20
ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

3.3.2 LƯU ĐỒ

Hình 3.10 : lưu đồ và giải thuật
21
ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG 4: THI CÔNG
4.1
VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
 Ở đây em dùng phần mềm Proteus để vẽ sơ đồ nguyên lý.
- Phần mềm Proteus là phần mềm cho mô phỏng hoạt động của mạch điện tử bao
gồm phần thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các ho vi điều khiển
như MCS-51, PIC, AVR, Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử của
Lancenter Electronics, mô phỏng cho hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng, đặc
biệt hỗ trợ cho các MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola. Phần mềm bao gồm 2
chương trình: ISIS cho phép mô phóng mach và ARES dung để vẽ mạch in. Proteus
là công cụ mô phóng cho các loại vi điều khiển khá tốt, nó hỗ trợ cho các dòng vi
điều khiên PIC, 8051. PIC, dsP AvR, Hc11.. các giao tiếp I20, SPI, CAN, USB,
Ethenet...ngoài ra còn mô phỏng các mạch so sánh, mạch tương tự một cách hiệu
quả.
- Cách vẽ : lấy các linh kiện cần sử dụng và chỉnh các thông số đúng theo yêu cầu
cần thực hiện. Sau đó nối dây các chân linh kiện lại với nhau.
- Tiến hành mô phỏng và kiểm tra lỗi nếu có.
4.2
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG XE ROBOT
 Ta tiến hành lắp ráp lần lượt các bộ phần hoàn chỉnh của xe robot theo đúng như

lưu đồ xe đã thiết kế ở trước. Đầu tiên là bốn động cơ Dc giảm tốc vào giá đỡ ,
sau đó lắp vào khung xe. Tiếp theo đó lắp bốn bánh xe vào bốn động cơ và các
thành phần còn lại vào để được xe hoàn chỉnh như hình .

Hình 4.1: Khung xe (smartcar)

4.3 VẼ PCB
 Sau khi tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lý xong ta tiến hành vẽ sơ đồ mạch in. Ở đây em
dùng phần layout của phần mềm proteus để vẽ mạch in.

22
ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

Mạch in được thể hiện :

Hình 4.2 sơ đồ mạch in

4.4

VIẾT CHƯƠNG TRÌNH GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN XE ROBOT
- Vì thời gian thực hiện đồ án có hạn với một số yêu cầu khác nhau nên em chọn
viết ứng dụng điều khiển bằng “App Inventor”. Với công cụ App Inventor,
Google tạo điều kiện để mọi người có thể tự xây dựng phần mềm ứng dụng cho
thiết bị di động dùng hệ điều hành Android
- App Inventor giúp dễ dàng tiếp cận và xây dựng ứng dụng Android. Với giao

diện trực quan, dễ hiểu, cho phép truy cập đến các chức năng của điện thoại
Android. Điểm nổi bật của App Inventor là nó cho phép vừa thiết kế ứng dụng
vừa xài thử ứng dụng đó trực tiếp trên chiếc điện thoại Android đang được kết
nối với máy tính. Tất cả các công đoạn viết phần mềm đều thông qua giao diện
đồ họa trực quan theo kiểu WYSIWYG (What you see is what you get) mà
không cần bạn phải đụng tới một đoạn mã nào. Các chỉ dẫn trên màn hình đủ dễ
hiểu để bạn có thể tiến hành viết phần mềm ngay mà không nhất thiết phải xem
qua các bản hướng dẫn sử dụng.
- Chương trình kết nối Bluetooth giữa thiết bị điều khiển( smart phone ) và xe
robot:

23
ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

Hình 4.3: Chương trình kết nối Bluetooth

4.5

VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
- Để viết chương trình cho khố xử lý, em dùng phần mềm ARDuino IDE.
Bởi vì phần mềm Arduino IDE là phần mềm dung để lập trình cho Arduino
Môi trường lập trình Arduino IDE có thể chạy trên và nền tảng phổ biến nhất
hiện nay đó là Windows Macintosh osx và Lnux. Do đó có tính chất nguồn mở
nên môi trường lập trình này hoàn toàn miễn phí và có thể mở rộng thêm bởi
người dùng có kinh nghiệm.Ngôn ngữ lập trình có thể được mở rộng thông qua

các thư viện C++ và do ngôn ngữ lập trình này dựa trên nền tảng ngôn ngữ C
của AVR nên người dùng hoàn toàn có thể nhúng thêm code viết bằng AVR vào
chương trình nếu muốn.

- Thực hiện viết chương trình như lưu đồ đã thiết kế trước.
 Khai báo và định nghĩa các chân điều khiển :
#include <SoftwareSerial.h>
#include "DHT.h"
#define DHTPIN 11 // what digital pin we're connected to
#define DHTTYPE DHT11
int bluetoothTx = 0; // định nghĩa chân 0 là chân truyền tín hiệu
int bluetoothRx = 1;// định nghĩa chân 1 là chân nhận tín hiệu
SoftwareSerial bluetooth(bluetoothTx, bluetoothRx);
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
//định nghĩa chân motor trái
#define in1 7
#define in2 8
//định nghĩa chân motor phai
#define in3 9
#define in4 10
char blue;// là vùng nhớ để so sánh kí tự trả về từ app.
void setup() {
24
ĐỒ ÁN 2


ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

bluetooth.begin(115200);
bluetooth.print("$$$");
delay(100);
bluetooth.println("U,9600,N");
bluetooth.begin(9600);
Serial.begin(9600);
dht.begin();
// định nghĩa chân tín hiệu in & out
pinMode(in1, OUTPUT);
pinMode(in2, OUTPUT);
pinMode(in3, OUTPUT);
pinMode(in4, OUTPUT);
}

25
ĐỒ ÁN 2