ĐỀ tài ỨNG DỤNG VI điều KHIỂN THIẾT kế mô HÌNH XE điều KHIỂN từ XA QUA BLUETOOTH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO


BÁO CÁO ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ
ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN THIẾT KẾ MƠ HÌNH
XE ĐIỀU KHIỂN TỪ XA QUA BLUETOOTH
Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Phan Thanh
Sinh viên thực hiện

MSSV

Trần Lưu Phúc Hòa

16151027

Nguyễn Hải Phong

16151061

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2019


ĐIỂM SỐ
TIÊU CHÍ

NỘI DUNG

BỐ CỤC

TRÌNH BÀY

TỐNG

ĐIỂM

NHẬN XÉT
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................

Ký tên

TS. Nguyễn Phan Thanh


Mục lục
Chương 1: Tổng Quan Đề Tài Nghiên Cứu..................................................................... 1
1.1 Giới thiệu đề tài ......................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................. 1
1.3 Nội dung nghiên cứu.................................................................................................. 1

Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết ........................................................................................... 2
2.1 Tìm hiểu về chuẩn kết nối Bluetooth ......................................................................... 2
2.1.1 Giới thiệu ................................................................................................................ 2
2.1.2. Đặc điểm của công nghệ Bluetooth ....................................................................... 2
2.2 Phương pháp điều khiển động cơ sử dụng ic cầu H L293D ...................................... 3
2.2.1 Cầu H ...................................................................................................................... 3
2.2.3 Vi điều khiển ........................................................................................................... 4
Chương 3: Thiết Kế Phần Cứng, Lựa Chọn Linh Kiện ................................................... 5
3.1 Yêu cầu thiết kế ......................................................................................................... 5
3.2 Sơ đồ khối của hệ thống ............................................................................................ 5
3.3 Lựa chọn linh kiện ..................................................................................................... 5
3.3.1 Động cơ................................................................................................................... 5
3.3.2 Mạch cầu H điều khiển động cơ L293D ................................................................. 6
3.3.3 Kit STM32F407VET6 Arm Cortex-M4 ................................................................. 6
3.3.4 Module Bluetooth HC-05 ....................................................................................... 7
Chương 4: Thiết Kế Phần Mềm, Thuật Toán Điều Khiển ............................................... 8
4.1 Lưu đồ điều khiển của hệ thống................................................................................. 8
4.2 Tìm hiểu ic L293D và phương pháp điều khiển động cơ qua mạch cầu H L293D. .. 9
4.2.1.Sơ đồ chân IC L293D ............................................................................................. 9


4.2.2.Cách sử dụng ic L293D ........................................................................................ 10
4.3 Ngôn ngữ lập trình ................................................................................................... 11
4.4 Giao diện điều khiển ................................................................................................ 12
Chương 5: Thi Cơng Và Lắp Đặt .................................................................................. 13
5.1.Mơ hình xe điều khiển ............................................................................................. 13
5.2. Thiết kế giao diện điều khiển thông qua AppInventor............................................ 13
Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển ................................................................... 14
6.1. Kết quả đạt được ..................................................................................................... 14
6.2. Hướng phát triển ..................................................................................................... 14

Chương 7: Lời Cám Ơn ................................................................................................. 15
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 16


Chương 1: Tổng Quan Đề Tài Nghiên Cứu
1.1 Giới thiệu đề tài
Trong những năm qua, khoa học máy tính và xử lý thơng tin có những bước tiến
vượt bậc và ngày càng có những đóng góp to lớn vào cuộc cách mạng khoa học kỹ
thuật hiện đại. Đặc biệt sự ra đời và phát triển nhanh chóng của kỹ thuật số làm cho
ngành điện tử trở nên phong phú và đa dạng hơn. Nó góp phần rất lớn trong việc
đưa kỹ thuật hiện đại thâm nhập rộng rãi vào mọi lĩnh vực của hoạt động sản xuất,
kinh tế và đời sống xã hội. Từ những hệ thống máy tính lớn đến những hệ thống
máy tính cá nhân, từ những việc điều khiển các máy công nghiệp đến các thiết bị
phục vụ đời sống hằng ngày của con người. Trong các hệ thống đó, việc trao đổi
thơng tin là vơ cùng quan trọng. Công nghệ truyền tin không dây ngày càng phát
triển, đặc biệt công nghệ Bluetooth đã phổ biến hầu hết các thiết bị điện tử di động.
Nhằm ứng dụng các kiến thức trong môn học Vi xử lý vào thực tế, nhóm lựa
chọn đề tài “Ứng dụng vi điều khiển thiết kế mơ hình xe điều khiển từ xa qua
bluetooth”. Nội dung chính của hệ thống là thiết kế mơ hình xe điều khiển khơng
dây qua bluetooth sử dụng mô-đun thu phát bluetooth HC-05 và vi điều khiển
STM32F407VET6.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Thiết kế và chế tạo được mơ hình xe điều khiển từ xa qua bluetooth.
1.3 Nội dung nghiên cứu
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Thiết kế phần cứng, lựa chọn linh kiện
Chương 4: Thiết kế phần mềm, thuật tốn điều khiển
Chương 5: Thi cơng và lắp đặt
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Trang | 1


Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
2.1 Tìm hiểu về chuẩn kết nối Bluetooth
2.1.1 Giới thiệu
Bluetooth là một 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 nghĩa là các hãng sản
xuất muốn có đặc tính này trong sản phẩm thì họ phải tn theo các yêu cầu của
chuẩn này cho sản phẩm của mình. Những tiêu chuẩn kỹ thuật này đảm bảo cho các
thiết bị có thể nhận ra và tương tác với nhau khi sử dụng công nghệ Bluetooth. Ngày
nay phần lớn các nhà máy đều sản xuất các thiết bị có sử dụng cơng nghệ Bluetooth.
Các thiết bị này gồm có điện thoại di động, máy tính và thiết bị hỗ trợ cá nhân PDA
(Prosonal Digital Assistant).
Công nghệ Bluetooth là một công nghệ dựa trên tần số vô tuyến và bất cứ một
thiết bị nào có tích hợp bên trong cơng nghệ này đều có thể truyền thơng với các
thiết bị khác với một khoảng cách nhất định về cự ly để đảm bảo cơng suất cho việc
phát và nhận sóng. Cơng nghệ này thường được sử dụng để truyền thông giữa hai
loại thiết bị khác nhau. Ví dụ: Bạn có thể hoạt động trên máy tính với một bàn phím
khơng dây, sử dụng bộ tai nghe khơng dây để nói chuyện trên điện thoại di động của
bạn hoặc bổ sung thêm một cuộc hẹn vào lịch biểu PDA của một người bạn từ PDA
của bạn.
2.1.2. Đặc điểm của công nghệ Bluetooth
2.1.2.1. Ưu điểm
Tiêu thụ năng lượng thấp.
Cho phép ứng dụng được nhiều loại thiết bị bao gồm các thiết bị cầm tay và
điện thoại di động.
Giá thành ngày một giảm.
Khoảng cách giao tiếp cho phép giữa hai thiết bị kết nối có thể lên đến 100m.
Bluetooth sử dụng băng tần 2.4GHz, tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới mức

tới đa 1Mbps mà các thiết bị không cần phải trực tiếp thấy nhau.
Trang | 2


Dễ dàng trong việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối một ứng dụng này
với một ứng dụng khác thông qua chuẩn Bluetooth, do đó có thể độc lập về phần
cứng cũng như hệ điều hành sử dụng.
Tính tương thích cao, được nhiều nhà sản xuất phần cứng cũng như phần mềm
hỗ trợ
2.1.2.2. Nhược điểm
Khoảng cách kết nối còn ngắn so với công nghệ mạng không dây khác.
Chỉ kết nối được hai thiết bị với nhau, không kết nối thành mạng.
2.1.2.3. 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.
2.2 Phương pháp điều khiển động cơ sử dụng ic cầu H L293D
2.2.1 Cầu H
Mạch cầu H được cấu tạo bởi 4 transitor hay là Fet. Đôi khi mạch cầu H cũng được
cấu tạo bởi 2 transitor hay Fet. Tác dụng của transitor và Fet là các van đóng mở
dẫn dịng điện từ nguồn xuống tải với cơng suất lớn. Tìn hiệu điều khiển các van là
tín hiệu nhỏ (điện áp hay dòng điện) và cho dẫn dịng và điện áp lớn để cung cấp
cho tải.
Tín hiệu điều khiển thường là tín hiệu đầu ra của vi điều khiển nhỏ (do các điều chế
PWM) mà điều khiển động cơ cần dòng điện và điện áp lớn. Các van điều khiển hay
các chân điều khiển chỉ cần tín hiệu nhỏ (Điện áp hay dịng điện) là mở khóa
(Transitor) dẫn dịng cho tải.
Mạch cầu H có thể đảo chiều dịng điện qua tải vì thế nó hay được dùng trong các

mạch điều khiển động cơ DC và các mạch băm áp. Đối với mạch điều khiển động
Trang | 3


cơ thì mạch cầu H có thể đảo chiều động cơ quá là đơn giản. Chỉ cần mở khóa các
van đúng chiều mà mình muốn.

2.2.3 Vi điều khiển
Vi điều khiển là một hệ thống nhúng khép kín với các thiết bị ngoại vi, bộ xử lý
và bộ nhớ. Vi điều khiển, thực chất, là một hệ thống bao gồm một vi xử lý có hiệu
suất đủ dùng và giá thành thấp (khác với các bộ vi xử lý đa năng dùng trong máy
tính) kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ, các module vào/ra, các module biến
đổi số sang tương tự và tương tự sang số.
Có rất nhiều loại vi điều khiển được lập trình khác nhau, chủ yếu chúng được
phân loại và lập trình chuyên sâu theo một số thơng số cơ bản, bao gồm Bits, kích
thước Flash, kích thước bộ nhớ RAM, số lượng các dịng đầu vào / đầu ra, loại bao
bì, cung cấp điện áp và tốc độ. Các họ vi điều khiển như: họ vi điều khiển AMCC;
họ vi điều khiển Atmel, họ vi điều khiển Microchip; họ vi điều khiển Intel …….
Đặc tính nổi bậc của bộ vi xử lý:
- Sử dụng cơng nghệ tích hợp cao RICSC CPU.
- Người sử dụng có thể lập trình với các câu lệnh đơn giản.
- Tất cả các câu lệnh thực hiện trong 1 chu kì ngoại trừ một số lệnh rẽ nhánh
thực hiện trong 2 chu kì.
- Tốc độ hoạt động cao.
Trang | 4


Chương 3: Thiết Kế Phần Cứng, Lựa Chọn Linh Kiện
3.1 Yêu cầu thiết kế
Xe nhận tín hiệu gửi từ điện thoại và có thể di chuyển theo yêu cầu điều

khiển.
3.2 Sơ đồ khối của hệ thống
Module HC05

Vi điều khiển

Mạch điều khiển

Động cơ

3.3 Lựa chọn linh kiện
3.3.1 Động cơ
-Điện áp hoạt động: 3-6VDC
-Dòng điện tiêu thụ: 110-200mA
-Tỉ số truyền: 1:48
-6V ≤200mA 200 ± 10% vòng / phút
-3V ≤150mA 90 ± 10% vịng / phút

Hình 3.3.1 Động cơ

Trang | 5


3.3.2 Mạch cầu H điều khiển động cơ L293D
- 2 ic cầu h l293d hoàn chỉnh với các chế độ bảo
vệ và 1 ic logic 74hc595 để điều khiển các động
cơ.
- Module L293D có thể điều khiển nhiều loại
motor khác nhau như step motor, servo motor,
motor dc, với mức áp lên đến 36v, dòng tối đa

600ma cho mỗi kênh điều khiển.

Hình 3.3.2 Mạch cầu H
L293D

3.3.3 Kit STM32F407VET6 Arm Cortex-M4
- Vi điều khiển: STM32F407VET6 (32 bit)
- Điện áp hoạt động: 1.8-3.3VDC
- Tần số hoạt động: 168MHz
- Điện áp vào khuyên dùng: 3.3-5 VDC
- Số chân I/O: 82
- Số kênh Analog: 16
- Bộ nhớ FLASH: 512KB
- SRAM: 192+4KB
Hình 3.3.3 Kit STM32F407VET6

Trang | 6


3.3.4 Module Bluetooth HC-05
- Điện áp hoạt động: 3.3 - 5V.
- Dòng điện khi hoạt động: khi Pairing 30 mA, sau
khi pairing hoạt động truyền nhận bình thường 8
mA
- Baudrate UART có thể chọn được: 1200, 2400,
4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200
Hình 3.3.4 Module HC-05

Trang | 7

Chương 4: Thiết Kế Phần Mềm, Thuật Toán Điều Khiển
4.1 Lưu đồ điều khiển của hệ thống

Start

Khởi tạo

Đợi nhận tín hiệu từ
module Bluetooth

S

Đ

Mạch điều khiển động
cơ

Hình 4.1 Lưu đồ thuật toán

Trang | 8


4.2 Tìm hiểu ic L293D và phương pháp điều khiển động cơ qua mạch cầu H
L293D.

Hình 4.2.1 L293D

4.2.1. Sơ đồ chân IC L293D
1

Enable 1,2

Chân này cho phép (enable) các chân ngõ vào Input 1(2) và Input 2(7)

2

Input 1

3

Output 1

Kết nối đến một đầu của động cơ 1

4,5

Ground

Chân nối đất

6

Output 2

Kết nối đến đầu còn lại của động cơ 1

7

Input 2

8

Vcc2(Vs)

Cung cấp điện áp yêu cầu của thiết bị ngoại vi

9

Enable 3,4

Chân này cho phép (enable) các chân ngõ vào Input 3(10) và Input 4(15)

10

Input 3

Điều khiển trực tiếp chân Output 3. Điều khiển bằng các mạch kỹ thuật số

11

Output 3

Kết nối đến một đầu của động cơ 2

14

Output 4

Kết nối đến đầu còn lại của động cơ 2

15

Input 4

16

Vcc1(Vss)

Điều khiển trực tiếp chân Output 1. Điều khiển bằng các mạch kỹ thuật số

Điều khiển trực tiếp chân Output 2. Điều khiển bằng các mạch kỹ thuật số

Điều khiển trực tiếp chân Output 4. Điều khiển bằng các mạch kỹ thuật số
Cung cấp điện áp cho ic hoạt động
Trang | 9


4.2.2. Cách sử dụng ic L293D
Sử dụng IC điều khiển động cơ L293D này rất đơn giản. IC hoạt động theo
nguyên tắc mạch cầu H. Mạch dưới đây sẽ cho thấy hoạt động của IC này.

Hình 4.2.2 phương pháp điều khiển động cơ
bằng ic L293D

Tất cả các chân Ground (GND) phải được nối đất. IC này có 2 chân nguồn,
một là Vss (Vcc1) cung cấp điện áp cho IC hoạt động, chân này phải được kết nối
với + 5V. Chân còn lại là Vs (Vcc2) cung cấp điện áp cho động cơ chạy, dựa trên
thông số kỹ thuật của động cơ có thể kết nối chân này với điện áp trong khoảng từ
4,5V đến 36V, ở đây tôi đã kết nối với + 12V.

Các chân Enable (Enable 1,2 và Enable 3,4) được sử dụng để cho phép
(Enable) các chân ngõ vào cho động cơ 1 và động cơ 2 tương ứng. Vì trong hầu hết
các trường hợp, ta sẽ sử dụng cả hai động cơ, cả hai chân được giữ ở mức cao theo
mặc định bằng cách kết nối với nguồn + 5V. Các chân ngõ vào Input 1,2 được sử
dụng để điều khiển động cơ 1 và Input 3,4 được sử dụng để điều khiển động cơ 2.
Các chân đầu vào được kết nối với bất kỳ mạch Kỹ thuật số hoặc vi điều khiển nào
để điều khiển tốc độ và hướng của động cơ.
Trang | 10


Input 1 = HIGH(5v)

Output 1 = HIGH

Động cơ 1 quay cùng

Input 2 = LOW(0v)

Output 2 = LOW

chiều kim đồng hồ

Input 3 = HIGH(5v)

Output 1 = HIGH

Động cơ 2 quay cùng

Input 4 = LOW(0v)

Output 2 = LOW

chiều kim đồng hồ

Input 1 = LOW(0v)

Output 1 = LOW

Động cơ 1 quay ngược

Input 2 = HIGH(5v)

Output 2 = HIGH

chiều kim đồng hồ

Input 3 = LOW(0v)

Output 1 = LOW

Động cơ 2 quay ngược

Input 4 = HIGH(5v)

Output 2 = HIGH

chiều kim đồng hồ

Hình 4.2.3 Sơ đồ nối dây động cơ

4.3 Ngơn ngữ lập trình
Chương trình giao tiếp với STM32F407VET6 được viết trên ngơn ngữ lập trình
C. Ngôn ngữ này là một trong những ngôn ngữ thông dụng nhất. C là ngơn ngữ rất
có hiệu quả và được ưa chuộng nhất để viết các phần mềm hệ thống, mặc dù nó
cũng được dùng cho việc viết các ứng dụng.

Trang | 11


4.4 Giao diện điều khiển
Để điều khiển một mơ hình từ xa thơng qua Bluetooth, chúng ta phải có một
ứng dụng đi động và nhóm đã chọn thiết kế giao diện điều khiển bằng chương trình
AppInventor.
Dựa trên ý tưởng “Những gì bạn thấy là những gì bạn có” (WYSIWYG What you see is what you get), 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 kể cả GPS, đây là công cụ giúp cho bộ sưu tập ứng dụng của
Android ngày càng dồi dào và phong phú.

Trang | 12


Chương 5: Thi Cơng Và Lắp Đặt
5.1.Mơ hình xe điều khiển

5.2. Thiết kế giao diện điều khiển thông qua AppInventor

Trang | 13


Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển

6.1. Kết quả đạt được
Qua nhiều tháng nghiên cứu và thực hiện đề tài, dưới sự hướng dẫn của thầy
Nguyễn Phan Thanh, nhóm đã hoàn thiện được đồ án “Ứng dụng vi điều khiển
thiết kế mơ hình xe điều khiển từ xa qua bluetooth”.
Qua đồ án này, nhóm đã nắm được những vấn đề sau:
- Phương pháp điều khiển động cơ sử dụng IC cầu H L293D.
- Cách sử dụng Module HC-05.
- Nắm rõ được giao tiếp Bluetooth.
- Thực hiện viết ứng dụng trên Android
- Thực hiện kết nối và trao đổi dữ liệu giữa điện thoại và STM32F407VET6 qua
module Bluetooth.
- Tìm hiều bo mạch STM32F407VET6.
- Thiết kế các mạch điện cho xe.
Nhưng vẫn cịn những mặt hạn chế như sau:
- Mơ hình cồng kềnh và chưa tốt về mặt thẩm mĩ.
6.2. Hướng phát triển
- Ứng dụng mơ hình vào thực tế trong công nghiệp, xây dựng và dân dụng, dùng
làm các loại xe thăm dị.
- Tích hợp thêm nhiều chức năng cho xe như: truyền hình ảnh, đo nhiệt độ, độ
ẩm, khoảng cách vật cản, đo độ nghiêng.
- Phản hồi được các sự cố về thiết bị cầm tay.
- Ứng dụng công nghệ Bluetooth vào các hệ thống khác.

Trang | 14


Chương 7: Lời Cám Ơn
Nhóm em xin chân thành cám ơn thầy Nguyễn Phan Thanh đã tạo điều kiện tốt
nhất để đề tài được hoàn thành.
Do hạn chế về hiểu biết và thời gian nên đồ án còn khá nhiều thiếu sót, rất mong

có thể nhận được những phản hồi cũng như những hướng dẫn của thầy và các bạn
để nhóm có thể tiếp tục học hỏi và phát triển đồ án.

Trang | 15


TÀI LIỆU THAM KHẢO
- Github.com
- Datasheet STM32f407VET6:
/>- Reference Manual:
/>- Datasheet L293D: www.ti.com/lit/gpn/l293
- Datasheet 74HC595: www.ti.com/lit/gpn/SN74HC595
- />- AppInventor />
Trang | 16