Đồ Án HCMUTE: Điều Khiển Xe Mô Hình Bằng Ứng Dụng Android Trên Điện Thoại

Khám phá đồ án HCMUTE điều khiển xe mô hình qua ứng dụng Android trên điện thoại, mang đến trải nghiệm công nghệ thú vị và sáng tạo.

• Tác giả: Trần Duy Khang
• Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Thanh Nghĩa
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông
• Đề tài: Điều Khiển Xe Mô Hình Qua Ứng Dụng Android
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.2. MỤC TIÊU
• 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.4. GIỚI HẠN
• 1.5. BỐ CỤC
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. HỌ VI ĐIỀU KHIỂN PIC
• 2.2. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC PIC16F887
• 2.3. SƠ ĐỒ CHÂN CỦA PIC16F887
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH
• 4. CHƯƠNG 4: THI CÔNG MÔ HÌNH
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới Thiệu

Bài viết tập trung vào việc phân tích Điều Khiển Xe Mô Hình Qua Ứng Dụng Android, một đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ hiện đại vào thực tiễn. Dự án nhắm đến việc xây dựng một chiếc xe mô hình có khả năng di chuyển theo sự điều khiển của người dùng thông qua một ứng dụng Android. Điểm nổi bật của dự án nằm ở việc tích hợp Bluetooth để điều khiển xe và Wifi để truyền tải hình ảnh từ xe về điện thoại, cho phép giám sát trực quan. Bên cạnh đó, xe còn được trang bị cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, góp phần thu thập thông tin môi trường xung quanh.

1.1. Mục Tiêu

Dự án đặt mục tiêu tạo ra một chiếc xe điều khiển từ xa với khả năng di chuyển linh hoạt (tới, lùi, trái, phải) và truyền tải thông tin về môi trường (nhiệt độ, độ ẩm) cũng như hình ảnh trực tiếp từ xe về điện thoại điều khiển. Xe được thiết kế để hoạt động trong phạm vi khoảng 12-15 mét và thích nghi với địa hình bằng phẳng hoặc có độ dốc nhỏ.

1.2. Phương Pháp Thực Hiện

Để hiện thực hóa ý tưởng, nhóm nghiên cứu đã dựa trên nền tảng kiến thức về vi xử lý, robot, kết hợp với việc tham khảo các tài liệu nghiên cứu và nguồn thông tin trên Internet. Các công đoạn chính bao gồm viết chương trình giao tiếp UART, phát triển ứng dụng điều khiển trên Android và tích hợp phần cứng cho xe mô hình.

II. Ứng Dụng và Kết Nối

Dự án Điều Khiển Xe Mô Hình Qua Ứng Dụng Android không chỉ dừng lại ở việc điều khiển xe từ xa mà còn mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng. Với khả năng di chuyển linh hoạt và truyền tải thông tin trực tiếp, xe mô hình có thể được ứng dụng trong các lĩnh vực như hoạt động cứu hộ, rà phá bom mìn, hoặc khám phá những khu vực nguy hiểm, khó tiếp cận đối với con người. Việc tích hợp Bluetooth và Wifi cho phép điều khiển xe từ xa và giám sát trực quan, nâng cao hiệu quả hoạt động.

2.1. Kết Nối Xe Mô Hình với Điện Thoại

Kết nối xe mô hình với điện thoại là một trong những yếu tố then chốt của dự án. Việc truyền tải dữ liệu giữa xe và điện thoại được thực hiện thông qua Bluetooth, cho phép người dùng điều khiển xe từ xa một cách thuận tiện. Bên cạnh đó, Wifi được sử dụng để truyền tải hình ảnh trực tiếp từ camera trên xe về điện thoại, mang đến khả năng giám sát trực quan cho người điều khiển.

2.2. Ứng Dụng Điều Khiển Xe Mô Hình

Ứng dụng điều khiển xe mô hình được phát triển trên nền tảng Android, cung cấp giao diện thân thiện và dễ sử dụng. Ứng dụng cho phép người dùng điều khiển xe di chuyển theo các hướng (tới, lùi, trái, phải) bằng cách sử dụng cảm biến gia tốc hoặc nút nhấn được tích hợp sẵn. Ngoài ra, ứng dụng còn hiển thị thông tin về nhiệt độ, độ ẩm môi trường xung quanh do cảm biến trên xe thu thập được.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề, dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án.  Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chương này trình bày các cơ sở lý thuyết cần thiết để thực hiện đề tài.  Chương 3: Thiết Kế Mô Hình Chương này trình bày phần cứng xe mô hình.  Chương 4: Thi Công Mô Hình Chương này sẽ thiết kế giao diện điều khiển, giới thiệu chương trình xử lý.

Chương 5: Kết Quả Thực Nghiệm Chương này sẽ trình bày những kết quả đã làm được và đánh giá qua thực tế.  Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Chương này trình bày những thiếu sót và hướng phát triển. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 HỌ VI ĐIỀU KHIỂN PIC [1] PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology.

PIC bắt nguồn là chữ viết tắt của "Programmable Intelligent Computer" là một sản phẩm của hãng General Instrument đặt cho dòng sản phẩm đầu tiên của họ là PIC1650. Lúc này, PIC1650 được dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16bit CP1600, vì vậy người ta cũng gọi PIC với cái tên "Peripheral Interface Controller" (Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi). Ngoài ra PIC còn có rất nhiều loại như: 8 bit, 16 bit, 32 bit. Bình thường PIC 8 bit và 16 bit phù hợp với một số yêu cầu điều khiển trong công nghiệp như hệ thống điện của xe hơi, hệ thống điều hòa, hệ thống điều khiển các dây chuyền sản suất,…Còn về PIC 32 bit thường sử dụng cho các máy tính vì khối lượng dữ liệu rất lớn.1 Giới Thiệu Hình 2.

Hình dạng của PIC16F887 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. Cấu hình của vi điều khiển PIC16F887 - Cấu trúc đặc biệt của vi điều khiển:  Bộ dao động nội chính xác.  Có chế độ ngủ tiết kiệm công suất.

 Điện áp hoạt động rộng từ 2V đến 5,5V.  Có mạch Reset khi có điện.  Tầm nhiệt độ làm việc theo chuẩn công nghiệp.  Có bộ định thời chờ ổn định điện áp khi mới có điện và có bộ định thời chờ dao động hoạt động ổn định mới cấp điện.

 Có bộ định thời giám sát dùng dao động trong chip cho phép bằng phần mềm  Đa hợp ngõ vào reset với ngõ vào có điện trở kéo lên.  Cho phép đọc/ghi bộ nhớ chương trình khi mạch hoạt động.  Có tích hợp mạch gỡ rối.  Có bộ nhớ Flash và bộ nhớ Eeprom.

 Có bảo vệ Code đã lập trình. - Cấu trúc nguồn công suất thấp:  Chế độ chờ: sử dụng nguồn 2v, dòng tiêu tán 50nA  Dòng hoạt động: 11uA ở tần số 32kHz và 220uA ở tần số 4MHz.  Bộ định thời Watchdog Timer khi hoạt động tiêu thụ 1,4uA, điện áp 2V. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Đặc điểm kiến trúc RISC:  Có 35 lệnh đơn.  Thời gian thực hiện tất cả các lệnh là 1 chu kỳ máy, ngoại trừ lệnh rẽ nhánh là 2.  Tốc độ hoạt động: o Ngõ vào xung clock có tần số 20MHz o Chu kỳ lệnh 200ns.  Có nhiều nguồn ngắt.

 Có 3 kiểu định địa chỉ trực tiếp, gián tiếp và tức thời. - Cấu trúc ngoại vi:  Có 35 chân I/O và có thể nhận/cấp dòng khoảng 25mA  Có Module so sánh điện áp tương tự o 2 bộ so sánh điện áp tương tự o Có module nguồn điện áp tham chiếu có thể lập trình o Có nguồn điện áp tham chiếu cố định có giá trị bằng 0,6V. o Có các ngõ vào và các ngõ ra của bộ so sánh điện áp. o Có chế độ chốt SR  Có 14 bộ chuyển đổi tương tự sang số với độ phân giải 10 bit.

 Timer0: 8 bit hoạt động định thời/ đếm xung ngoại có bộ chia trước có thể lập trình.  Timer1: o 16 bit hoạt động định thời/ đếm xung ngoại có bộ chia trước có thể lập trình. o Có ngõ vào cổng của Timer1 để có thể điều khiển timer1 đếm tín hiệu từ bên ngoài o Có bộ dao động công suất thấp tần số 32KHz.  Timer2: 8 bit hoạt động định thời với thanh ghi chu kỳ, có bộ chia trước và chia sau.

 Có module capture, compare và điều chế xung PWM+ nâng cao o Bộ capture 16 bit có thể đếm được số xung với chu kỳ cao nhất là 12,5ns. o Bộ điều chế xung PWM với số kênh ngõ ra là 1,2 hoặc 4, có thể lập BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT trình với tần số lớn nhất là 20KHz. o Có ngõ ra PWM điều khiển lái.

 Có module capture, compare và điều chế xung PWM o Bộ capture 16 bit có thể đếm được số xung với chu kỳ cao nhất là 12,5ns. o Bộ so sánh16 bit có thể so sánh xung đếm với chu kỳ lớn nhất là 200ns. o Bộ điều chế xung PWM có thể lập trình với tần số lớn nhất là 20KHz.  Có thể lập trình trên bo ISP thông qua 2 chân.

 Có các chuẩn giao tiếp: I2C, SPI, USART. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2.2 Sơ Đồ Cấu Trúc PIC16F887 Hình 2. Cấu trúc bên trong PIC 16F887 Các khối bên trong vi điều khiển bao gồm: - Khối ghi định cấu hình cho vi điều khiển. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Khối bộ nhớ chương trình có nhiều dung lượng cho 5 loại khác nhau. - Khối bộ nhớ ngăn xếp 8 cấp (8 level stack). - Khối bộ nhớ Ram cùng với thanh ghi FSR để tính toán đìa chỉ cho 2 cách truy xuất gián tiếp và trực tiếp. Có thanh ghi lệnh dùng để lưu mã lệnh nhận về từ bộ nhớ chương trình.

- Thanh ghi bộ đếm chương trình (PC) dùng để quản lý địa chỉ của bộ nhớ chương trình. - Khối ALU cùng với thanh ghi working hay thanh ghi A để xử lý dữ liệu. - Khối các bộ định thời khi cấp điện PUT, có bộ định thời chờ dao động ổn định, có mạch reset khi có điện, có bộ định thời giám sát watchdog, có mạch reset khi phát hiện sụt giảm nguồn. - Có khối giải mã lệnh và điều khiển (Instruction Decode and Control).

- Khối giải mã dao động nội (Internal Oscillator Block). - Khối dao động kết nối với 2 ngõ vào OSC1 và OSC2 để tạo dao động. - Khối bộ dao động nội cho timer1 có tần số 32kHz kết nối với 2 ngõ vào T1OSI và T1OSO. - Có khối CCP2 và ECCP.

- Có khối mạch gỡ rối (In-Circuit Debugger IDC). - Khối timer0 với ngõ xung đếm từ bên ngoài là T0CKI. - Khối truyền dữ liệu đồng bộ/bất đồng bộ nâng cao. - Khối truyền dữ liệu đồng bộ MSSP cho SPI và I2C.

- Khối bộ nhớ Eeprom 256 byte và thanh ghi quản lý địa chỉ EEADDR và thanh ghi EEDATA. - Khối chuyển đổi tín hiệu tươn tự sang số ADC. - Khối 2 bộ so sánh với nhiều ngõ vào ra và điện áp tham chiếu. - Khối các Port A,B,C,D và E.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2.3 Sơ Đồ Chân của PIC16F887 Hình 2. Sơ đồ chân PIC 16F887 Port A: có 8 bit (tương ứng với 6 chân RA0 – RA7) các chân của cổng A có tích hợp một số chức năng ngoại vi, nếu một thiết bị ngoại vi được enable thì cổng này sẽ không hoạt động như một cổng vào ra. Bình thường Port A sẽ là một cổng vào ra 2 chiều. Thanh ghi xác định chiều tương ứng của các chân Port A là thanh ghi TrisA bằng 1 sẽ xác định các chân ở Port A là đầu vào và ngược lại sẽ là đầu ra.

Port B: rộng 8 bit (tương ứng với chân RB0 – RB7) là một cổng vào/ra 2 chiều. Thanh ghi quy định chiều của Port B là thanh ghi TrisB. Thiết lập các thanh ghi TrisB bằng 1 sẽ làm cho cổng B là cổng vào và ngược lại sẽ là cổng ra. Port C : rộng 8 bit (tương ứng với chân RC0 – RC7) là một cổng vào/ra 2 chiều.

Thanh ghi quy định chiều của Port C là thanh ghi TrisC. Thiết lập các thanh ghi TrisB bằng 1 sẽ làm cho cổng C là cổng vào và ngược lại sẽ là cổng ra. Ngoài ra, chân RC4,RC4 dùng để kết nối ,giao tiếp với thiết bị ngoại vi ; RC1, RC2 là ngõ ra PWM. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT Port D : rộng 8 bit (tương ứng với chân RD0 – RD7) là một cổng vào/ra 2 chiều. Thanh ghi quy định chiều của Port D là thanh ghi TrisD. Thiết lập các thanh ghi TrisD bằng 1 sẽ làm cho cổng B là cổng vào và ngược lại sẽ là cổng ra. Port E : rộng 3 bit (tương ứng với chân RE0 – RE2) là một cổng vào/ra 2 chiều.

Port E có thể là đầu vào điều khiển I/O khi bit PSPSTATUS (TrisE.4 Tổ Chức Bộ Nhớ PIC16F887 có ba loại bộ nhớ gồm: ROM, RAM và EEPROM. Chúng được chia ra và có chức năng đặc biệt, cấu tạo khác nhau.  Bộ nhớ ROM Bộ nhớ ROM được sử dụng để lưu vĩnh viễn các chương trình đang được thực thi. Đây là lý do tại sao nó thường được gọi là "bộ nhớ chương trình”.

Các pic16F887 có 8KB ROM. Kể từ khi bộ nhớ ROM được thực hiện với công nghệ FLASH , nội dung của nó có thể được thay đổi bằng cách cung cấp một điện áp lập trình đặc biệt ( 13V ).  Bộ nhớ EEPROM Tương tự như bộ nhớ chương trình, nội dung chứa trong EEPROM là vĩnh viễn, ngay cả khi bị cúp điện. Tuy nhiên, không giống như ROM, các nội dung của EEPROM có thể được thay đổi trong khi vi điều khiển hoạt động.

Đây là lý do tại sao bộ nhớ này (256 địa chỉ nhớ) là hoàn hảo cho việc lưu lại một số kết quả tạo ra và sử dụng trong suốt quá trình hoạt động.  Bộ nhớ RAM Đây là phần thứ ba và phần phức tạp nhất của bộ nhớ vi điều khiển. RAM được chia làm 2 phần: thanh ghi đa dụng ( general ) cho nhiều mục đích sử dụng và các thanh ghi đặc biệt (SFR).