Đặt vấn đề Thế giới hiện nay đang ngày càng hiện đại với những công nghệ tiên tiến giúp cho cuộc sống thuận tiện hơn cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, một trong những ứng dụng đƣợc sử dụng gần đây nhất đó là ứng dụng công nghệ thông tin vào công nghệ chế tạo và điều khiển robot thông minh. Có rất nhiều ứng dụng của robot vào đời sống con ngƣời nhƣ rotbot “quản gia”, robot “ biể u lô ̣ tiǹ h cảm” , robot “tiế p tân”, robot “y tá”….các ứng dụng này đã và đang đƣợc ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Viê ̣c thiế t kế và chế ta ̣o robot nhằ m phu ̣c vu ̣ cho đời số ng còn ngƣời. Robot có thể làm tốt hơn , chính xác hơn, và có thể làm những việc mà con ngƣời không thể làm đƣợc.
Đơn cƣ̉ nhƣ con ngƣời không thể đi vào vùng nguy hiể m nhƣ vùng có nhiề u bom , mìn, chấ t phóng xa ̣, chấ t có nguy cơ cháy nổ cao…vì t hế mà ta phải nghiên cƣ́u để cháy ta ̣o 1 robot thay thế cho con ngƣời. Lý do chọn đề tài Hiện nay, tai nạn cháy, nổ khí gas ở Việt Nam đang trở thành một vấn nạn. Đã có nhiều sản phẩm hỗ trợ phát hiện và cảnh báo cháy nổ do rò rỉ khí gas ra đời của các công ty trong và ngoài nƣớc. Nhƣng những sản phẩm này chỉ dùng cố định một chỗ và phải có nguồn điện để cấp nguồn vì thế mà sinh viên thực hiện đã nghĩ đến phƣơng án kết hợp giữa robot tự hành với thiết bị phát hiện và cảnh báo rò rỉ khí gas để có thể điều chỉnh robot đến một số vị trí nguy hiểm, có hiện tƣợng rò rỉ khí gas và báo về qua tin nhắn điên thoại.
Mục tiêu nghiên cứu Đồ án đề ra mục tiêu gồm hai phần: Phần thứ nhất là thiết kế chế tạo một robot nhỏ gọn với bộ xử lý trung tâm là board Arduino Mega 2560 có khả năng tự tránh vật cản trên đƣờng đi của nó; Phần thứ hai là thiết kế hệ thống nhận biết và cảnh báo rò rỉ khí Gas thông qua mạng di động GSM khi có hiện tƣợng rò rỉ khí gas mạch sẽ tự báo về số điện thoại ngƣời dùng giúp con ngƣời tránh đƣợc các nguy cơ tai nạn do cháy nổ khí gas. 6 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1. Nội dung nghiên cứu Tìm hiểu về hoạt động và cách sử dụng module sim900,module Bluetooth. Sử dụng Board arduino và các module Sim 900 Shield,HC 05,SRF 05….
Giới hạn khoảng cách kết nối Bluetooth duới 4m. Thiết kế, lập trình hệ thống phát hiện và cảnh báo rò rỉ khí Gas. Lựa chọn khung Robot, các linh kiện điện tử, động cơ, … Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý, lƣu đồ giải thuật cho Robot. Lắp ráp, kiểm tra hoạt động của Robot.
Viết báo cáo kết quả đạt đƣợc sau khi thực hiện đồ án. Giới hạn Sử dụng mã nguồn mở và một số thƣ viện để viết chƣơng trình cho Arduino. Khi hoạt động phải trong vùng phủ sóng điện thoại. Robot không thể né đƣơ ̣c nhƣ̃ng vâ ̣t cản nhỏ và ngoà i tầ m phát của cảm biế n siêu âm.
Robot còn chƣa di chuyển đƣợc từ vị trí này đến vị trí kia nhƣ ta mong muốn chỉ nằm ở mƣ́c đô ̣ gă ̣p vâ ̣t cản thì tránh ngẫu nhiên. Bố cục đề tài Chƣơng 1: Dẫn nhập, trình bày về lý do chọn đề tài, nội dung nghiên cứu, bố cục đồ án và giới hạn của đồ án. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết. Đây là chƣơng này trình bày khái quát về các board mạch sử dụng nhƣ: Bộ xử lý của Robot, phần truyền tín hiệu của Robot, động cơ sử dụng, các phần mềm viết ứng dụng, phần mềm lập trình.
Chƣơng 3: Thiết kế và tính toán. Chƣơng này trình bày về thiết kế ứng dụng tự hành gồm có sơ đồ khối hệ thống, các lƣu đồ cho ứng dụng, lƣu đồ cho robot, giới thiệu các bộ thƣ viện dùng để viết ứng dụng, trình bày về các phần cứng và phần thiết kế robot. Chƣơng 4: Kết quả nghiên cứu. Trình bày sản phẩn đã hoàn thiện và các kết quả đạt đƣợc khi hoàn thành của đồ án, nêu ra hƣớng phát triển của đồ án.
Chƣơng 5: Kết luận và hƣớng phát triển. Trình bày những gì đã làm đƣợc và 7 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP chƣa làm đƣợc so với mục tiêu và nêu hƣớng phát triển cho đồ án. 8 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về công nghệ Bluetooth 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 tuân 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 tƣơng 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 công nghệ Bluetooth. Các thiết bị này gồm có điện thoại di động, máy tính và thiết bị hỗ trợ cá nhân PDA(Personal Digital Assistants). 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 công nghệ này đều có thể truyền thông với các thiết bị khác với một khoảng cách nhất định về cự ly để đảm bảo công suất cho việc phát và nhận sóng.
Công nghệ này thƣờng đƣợc sử dụng để truyền thông giữa hai loại thiết bị khác nhau. Thiết bị sử dụng Bluetooth có thể kết nối trên máy tính nhƣ một bàn phím không dây, sử dụng bộ tai nghe không dây để nói chuyện trên điện thoại di động của bạn hoặc bổ sung thêm một cuộc hẹn vào lịch biểu PDA của một ngƣời bạn từ PDA của bạn.1 Đặc điểm của công nghệ Bluetooth Ƣu điểm : Tiêu thụ năng lƣợng thấp. Cho phép ứng dụng đƣợc nhiều loại thiết bị bao gồm các thiết bị cầm tay và điện thoại di động. 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. 9 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 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 nhƣ hệ điều hành sử dụng. Tính tƣơng thích cao, đƣợc nhiều nhà sản xuất phần cứng cũng nhƣ phần mềm hỗ trợ. Nhƣợc điểm: Khoảng cách kết nối còn ngắn so với công nghệ mạng không dây khác nhƣ WIFI, GMS.
Chỉ kết nối đƣợc theo cấu hình điểm điểm không thể kết nối thành 1 mạng. Tính bảo mật không cao. 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. Bluetooth đƣợc thiết kế hoạt động trên 79 tần số đơn lẻ.
Khi kết nối, nó sẽ tự động tìm ra tần số tƣơng thích để di chuyển đến thiết bị cần kết nối trong khu vực nhằm đảm bảo sự liên tục.1 khả năng kết nối các thiết bị Bluetooth 2.2 Module Bluetooth HC05 Trên thị trƣờng có rất nhiều loại module Bluetooth với giới hạn kết nối xa, nhƣng với yêu cầu của đề tài chỉ cần kết nối phạm vi ngắn giữa thiết bị android với 10 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bluetooth, nên em lựa chọn module Bluetooth HC05 vì giá thành hợp lý, giới hạn tầm kết nối dƣới 10m.2 Module Bluetooth HC05 Module bluetooth HC05 master/slave dùng để thiết lập kết nối Serial giữa 2 thiết bị bằng sóng bluetooth. Điểm đặc biệt của module bluetooth HC-05 là module có thể hoạt động đƣợc ở 2 chế độ: MASTER hoặc SLAVE. Trong khi đó, bluetooth module HC-06 chỉ hoạt động ở chế độ SLAVE. Ở chê độ SLAVE: bạn cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb bluetooth để dò tìm module sau đó kết nối với mã PIN là 1234.
Sau khi kết nối thành công, bạn đã có 1 cổng serial từ xa hoạt động ở baud rate 9600. Ở chế độ MASTER: module sẽ tự động dò tìm thiết bị bluetooth khác (1 module bluetooth HC-06, usb bluetooth, bluetooth của laptop.) và tiến hành kết nối chủ động mà không cần thiết lập gì từ máy tính hoặc smartphone. Module bluetooth HC05 đƣợc điều khiển bằng tập lệnh AT để thực hiện các tác vụ mong muốn. Để bluetooth module chuyển từ chế độ thông thƣờng qua điều khiển bằng AT, ta có 2 cách nhƣ sau.
Cấp nguồn cho module bluetooth (VCC và GND) đồng thời cấp mức điện áp cao cho chân KEY của module bluetooth. Khi đó giao tiếp bằng tập lệnh AT với module bằng cổng Serial (Tx và Rx) với baud rate là 38400 (khuyên dùng). 11 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Cấp nguồn cho module bluetooth trƣớc, sau đó cấp mức điện áp cao cho chân KEY của module bluetooth. Lúc này bạn có thể giao tiếp với module bằng tập lệnh AT với baud rate là 9600.
Sau khi kết nối thành công với thiết bị bluetooth khác, đèn trên module bluetooth HC05 sẽ nhấp nháy chậm cho thấy kết nối Serial đã đƣợc thiết lập. Nguồn cung cấp cho module bluetooth là nguồn từ 3. Quá áp sẽ gây cháy module. Ngoài ra module tƣơng thích với các vi điều khiển 5V mà không cần chuyển đổi mức giao tiếp 5V về 3.3V nhƣ nhiều loại module bluetooth khác.
Thông số kỹ thuật: Điện thế hoạt động của UART 3. Dòng điện khi hoạt động: khi kết nối 30 mA, sau khi kết nối hoạt động truyền nhận bình thƣờng 8 mA Baudrate UART có thể chọn đƣợc: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200( mặc định là 9600) Kích thƣớc của module chính: 28 mm x 15 mm x 2.35 mm Dải tần sóng hoạt động: 2.4GHz Bluetooth protocol: Bluetooth Specification v2.0+EDRo Kích thƣớc: 26.2 mm Pairing code: 1234.3 Tổng quan về công nghệ GSM 2.1 Giới thiệu về công nghệ GSM. GSM là hệ thống thông tin di động số toàn cầu, là công nghệ không dây thuộc thế hệ 2G có cấu trúc mạng tế bào, cung cấp dịch vụ truyền giọng nói và chuyển giao dữ liệu chất lƣợng cao với các băng tần khác nhau: 400Mhz, 900Mhz, 1800Mhz và 1900Mhz, đƣợc tiêu chuẩn ETSI quy định.