CHƯƠNG 1. KIẾN THỨC TỔNG QUAN.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển từ xa.2 Phương pháo mã hóa trong điều khiển từ xa.1 Điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại.2 Điều khiển từ xa bằng Bluetooth.Các ứng dụng nổi bật. PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG.1 Kiến trúc hệ thống.2 Linh kiện phần cứng.2 Module điều khiển động cơ Shield L293D.Động cơ Servo MG90S.4 Cảm biến siêu âm HC-SR04.5 Module thu phát Bluetooth HC-05.6 Bộ điều khiển hồng ngoại.24 Thông số module thu hồng ngoại + Remote IR1838.7 Một số linh kiện khác.3 Phân tích và xác định yêu cầu.1 Mục đích của đề tài.2 Xây dựng biểu đồ use case tổng quát.3 Đặc tả ca sử dụng điều khiển bàng hồng ngoại.4 Đặc tả ca sử dụng điều khiển bằng Bluetooth.8 Bảng mô tả ca sử dụng Xoay sang trái.5 Ca sử dụng tự hành tránh vật cản. Ca sử dụng tự hành tránh vật cản.7 Biểu đồ tuần tự.
Biểu đồ tuần tự ca sử dụng tiến lên. Biểu đồ tuần tự ca sử dụng lùi lại. Biểu đồ tuần tự ca sử dụng xoay sang trái.4 Thiết kế hệ thống.5 Thiết kế hệ thống.1 Sơ đồ kết nói động cơ với shield L293D.2 Sơ đồ kết nối mạch với cảm biến siêu âm.3 Sơ đồ mạch với modul hồng ngoại.4 Sơ đồ mạch với cảm biến modul bluetooth.5 Sơ đồ mạch tổng quát của hệ thống.43 ii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Công nghệ không dây Bluetooth 4.1 Kiến trúc của hệ thống mô hình xe điều khiển.3 Vi điều khiển ATmega328.4 Các cổng vào/ra trên Arduino UNO R3.5 Mạch điều khiển động cơ DC L298N cầu H.6 Các chân tín hiệu của module L298N.7 Động cơ Servo Tower Pro 9g.8 Kích thước bánh răng kim loại của Servo MG90S.9 Cảm biến siêu âm UltraSonic HY-SRF05.10 Biểu đồ thời gian của HY-SRF05 ở chế độ 1.11 Biểu đồ thời gian của HY-SRF05 ở chế độ 2.12 Module thu phát Bluetooth HC-05.13 Chi tiết module thu phát Bluetooth HC-05.14 Động cơ Motor DC.16 Dây dẫn đực, cái.17 Biểu đồ ca sử dụng của hệ thống.18 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng tiến lên.19 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng lùi lại.20 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng xoay sang trái.21 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng xoay sang phải.22 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng dừng lại.23 Biểu đồ tuần tự ca sử dụng tự hành tránh vật cản.24 Lưu đồ giải thuật chính trên Arduino.25 Lưu đồ giải thuật tự hành tránh vật cản.26 Lưu đồ giải thuật xử lý lệnh di chuyển.27 Sơ đồ mạch điều khiển xe.28 Sơ đồ mạch điều khiển xe mô phỏng trên Proteus.29 Giao diện ứng dụng Bluetooth RC Controller xin quyền.30 Giao diện ứng dụng Bluetooth RC Controller.31 Hình ảnh sản phẩm hoàn thiện.32 Hình ảnh sản phẩm hoàn thiện.33 Hình ảnh sản phẩm hoàn thiện. 37 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Bảng mô tả ca sử dụng Tiến lên.2 Bảng mô tả ca sử dụng Lùi lại.3 Bảng mô tả ca sử dụng Xoay sang trái.4 Bảng mô tả ca sử dụng Xoay sang phải.5 Bảng mô tả ca sử dụng Dừng lại.6 Bảng mô tả ca sử dụng Tự hành tránh vật cản.
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 trongthiết 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 biếnđồi, biến dịch để tái hiện lại lệnh điều khiển rồi đưa đến các thiết bị thi hành. Trongthiết kế của nhóm em thì thiết bị thu là mắt thu hồng ngoại 1838 và module Bluetooth HC05.1: Sơ đồ kết cấu hệ thống điều khiển từ xa 1.2 Phương pháo 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 1 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 trê: giải mã, liên tục hóa,.1 Điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại 1. Khái niệm Ánh sáng hồng ngại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mứt thường có bước sóng khoảng 0.9m, 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 rộngrãi trong công nghiệp. Lượng thông tin có thể đạt được tới 3Mbit/s … Trong kỹthuật 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 mộtsợi tơ quang với đường kính 0.13mm với khoảng cách 10Km đến 20Km. Lượngthông 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 từxa, tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng do đó phải thu đúng hướng. Nguồn phát sáng hồng ngoại và phổ của nó Các nguồn sóng nhân tạo thường có nhiều sóng hồng ngoại. Hình dưới cho taquang phổ của các nguồn phát sáng này.1: Quang phổ của các nguồn sóng hồng ngoại Trong đó: IRED: Diode hồng ngoại 2 LA: laser bán dẫn LR: đèn huỳnh quang Q: bóng đèn thủy tinh W: bóng đèn ddienj với dây tiêm volfram PT: phototransitor 1.3 Ưu 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 dễ thi công b. Nhược điểm Tầm xa bị hạn chế Dòng điện cao tức thời Nhiều hồng ngoại do các nguồn nhiệt xung quanh ta ohats ra, nên nó ảnh hưởng và hạn chế tầm phát.
Do đó chỉ dùng trong phòng , kho va fnowis ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường Hạn chế khi bị vật cản nên không thể truyền được xa.Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại nói chung a,Máy phát Hình 1.2: Sơ đồ máy phát 3 Giải thích sơ đồ máy phát: Máy phát có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển, mã hóa và phát tín hiệu đếnmáy thu lệnh truyền đi đã được điều chế. Khối phát lệnh điều khiển: khối này có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiểntừ nút nhấn (phím điều khiển). Một khi phím nhấn được ấn tức là một lệnh đã đượcphát ra. Các nút nhấn có thể là một nút, hay ma trận nút.
Ma trận phím được bố trítheo cột và hàng. Lệnh điều khiển được đưa đến bộ mã hóa dưới dạng các bit nhịphân tương ứng với từng phím điều khiển. Khối mã hóa: để truyền các tín hiệu khác nhau đến máy thu mà chúngkhông lẫn lộn nhau, ta phải tiến hành mã hóa các tín hiệu (lệnh điều khiển). Khốimã hóa này có nhiệm vụ biến đổi các lệnh điều khiển thành các bit nhị phân, hiệntượng 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 ụng nhiều hơn cả, vì phương pháp này tương đối đơn giản, dễ thực hiện. Khối dao động tạo sóng mang: khối này có nhiệm vụ tao ra sóng mangcó tần số ổn định, sóng mang này sẽ mang tín hiệu điều khiển khi truyền ra môitrường. Khối điều chế: khối này có nhiệm vụ kết hợp với tín hiệu điều khiển đãmã hóa sóng mang để đưa đến khối khuếch đại. Khối khuếch đại: khuếch đại tín hiệu đủ lớn để led phát hồng ngoại phátra môi trường.
Led phát: biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu hồng ngoại phát ra ngoài môi trường.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 khôi chấp hành cụ thể Led thu: thu tns hiệu hồng ngoại do máy phát truyền tới và biến đổi thành tín hiệu điều khiển Khối khuếch đại L có nhiệm vụ khuếch địa 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. 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 hàng 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 thía chỉ thay đổi khi ta ác 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 mạch 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 5 1.2 Điều khiển từ xa bằng Bluetooth 1.Lịch sử phát triển của Bluetooth Bluetooth đã được phát triển bởi công ty di động Thụy Điển Ericsson vào những năm 1990. Tên Bluetooth xuất phát từ cái tên của vị viking huyền thoại người Thụy Điển, Harald “Bluetooth” Gormsson, người đã thống nhất các vương quốc Scandinavia.
Bletooth cũng được thiết kế để thống nhất việc kết nối các thiết bị không dây.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.