Đồ Án Thiết Kế và Thi Công Mô Hình Xe Tự Động Vệ Sinh Tại HCMUTE

Đồ án nghiên cứu hcmute thiết kế và thi công mô hình xe tự động vệ sinh, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài toán .

• Tác giả: Lê Đình Tín
• Người hướng dẫn: ThS. Huỳnh Hoàng Hà
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính
• Đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Xe Tự Động Vệ Sinh
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Tình hình nghiên cứu hiện nay
• 1.2. Mục tiêu của đề tài
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Bố cục đồ án
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
• 2.1. Giới thiệu chung về ARM
• 2.2. Giới thiệu về dòng STM32
• 2.3. Giới thiệu về ARM Cortex M3 STM32F103
• 2.4. Giới thiệu Timer
• 2.5. Giới thiệu UART
• 2.6. Giới thiệu cảm biến quang phản xạ
• 2.7. Giới thiệu mạch cầu H L298
• 2.8. Giới thiệu Động cơ DC giảm tốc
• 2.9. Giới thiệu Encoder
• 2.10. Giới thiệu Module giao tiếp rf HC-11
• 2.11. Giới thiệu Cảm biến La bàn số HMC5883L
• 2.12. Giới thiệu Relay đóng ngắt
• 2.13. Giới thiệu Nguồn cung cấp
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM
• 3.1. Sơ đồ khối hệ thống
• 3.2. Yêu cầu hệ thống
• 3.3. Hoạt động của hệ thống
• 3.4. Thiết kế, tính toán hệ thống
• 3.4.1. Khối 1: Khối nguồn
• 3.4.2. Khối 2: Khối cảm biến
• 3.4.3. Khối 3: Cơ cấu tải (Ứng dụng)
• 3.4.4. Khối 4: Giao tiếp không dây
• 3.4.5. Khối 5: Xử lý trung tâm
• 3.4.6. Khối 6: Giao tiếp máy tính
• 4. CHƯƠNG 4: NHẬN XÉT KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
• 4.1. Nhận xét kết quả điều khiển 2 động cơ DC giảm tốc
• 4.2. Nhận xét kết quả của cảm biến quang
• 4.3. Nhận xét về kết quả của cảm biến la bàn số
• 4.4. Nhận xét chung về xe tự hành
• 4.5. Hình ảnh kết quả
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Mô hình Xe tự động vệ sinh tại HCMUTE

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công mô hình xe tự động vệ sinh" thực hiện tại HCMUTE tập trung vào việc phát triển một hệ thống xe tự hành có khả năng quét và thu gom rác. Đồ án này phản ánh xu hướng tự động hóa trong lĩnh vực vệ sinh đô thị, góp phần giảm thiểu nhân công và nâng cao hiệu quả công việc. Mô hình xe tự động vệ sinh được thiết kế và chế tạo dựa trên nền tảng vi điều khiển ARM STM32F103, tích hợp các cảm biến như cảm biến quang, cảm biến la bàn số HMC5883L để điều hướng và tránh vật cản. Thiết kế phần cứng bao gồm các thành phần cơ khí, hệ thống điều khiển, và các module cảm biến. Thiết kế phần mềm tập trung vào lập trình vi điều khiển, xử lý dữ liệu cảm biến, và điều khiển hoạt động của xe. Đồ án hướng đến việc xây dựng một giải pháp xe tự động vệ sinh hiệu quả, tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường. Nghiên cứu mô hình xe tự động vệ sinh này có ý nghĩa thực tiễn lớn, đóng góp vào việc ứng dụng công nghệ trong giải quyết vấn đề vệ sinh môi trường tại Việt Nam. Ứng dụng môt hình xe tự động vệ sinh này có thể được mở rộng cho nhiều ứng dụng khác nhau như trong các nhà máy, khu công nghiệp, hoặc các khu vực có diện tích lớn.

1.1 Tình hình nghiên cứu và mục tiêu

Đồ án nhận thấy xu hướng tự động hóa trong công nghiệp và đời sống, đặc biệt trong lĩnh vực vệ sinh đô thị. Việc sử dụng xe tự động vệ sinh giúp giảm thiểu nhân công, tăng hiệu quả và giảm chi phí. Mục tiêu của đồ án là thiết kế và chế tạo một mô hình xe tự động vệ sinh, sử dụng vi điều khiển ARM STM32F103, tích hợp cảm biến quang và cảm biến la bàn số HMC5883L. Đồ án nghiên cứu thiết kế xe tự động vệ sinh, thi công xe tự động vệ sinh, và phát triển mô hình xe tự động vệ sinh. Việc sử dụng cảm biến la bàn số HMC5883L là một điểm mới mẻ, tập trung vào việc điều khiển xe tự động vệ sinh một cách chính xác. Nghiên cứu tập trung vào việc lập trình điều khiển, xử lý dữ liệu cảm biến, và thiết kế giao diện người dùng. Đồ án đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống xe tự động vệ sinh, cũng như phân tích chi phí xe tự động vệ sinh và các vấn đề liên quan đến an toàn xe tự động vệ sinh. Xe tự động vệ sinh HCMUTE là một sản phẩm ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu này. Công trình này hướng đến việc tạo ra một giải pháp xe tự động vệ sinh hiệu quả và thân thiện với môi trường. Bài báo cáo xe tự động vệ sinh tóm tắt toàn bộ quá trình nghiên cứu và kết quả đạt được.

1.2 Phương pháp nghiên cứu và phạm vi

Đồ án sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. Sinh viên tham khảo tài liệu, giáo trình và nghiên cứu vi điều khiển ARM. Họ tiến hành thực nghiệm, chỉnh sửa và hoàn thiện sản phẩm. Đối tượng nghiên cứu bao gồm vi điều khiển ARM STM32F103, cảm biến quang, cảm biến la bàn số HMC5883L, động cơ DC, và module giao tiếp không dây. Phạm vi nghiên cứu bao gồm lập trình vi điều khiển, sử dụng cảm biến, điều khiển động cơ, và giao tiếp với máy tính. Đồ án tập trung vào việc thiết kế phần cứng và phần mềm cho mô hình xe quét rác tự động. Quá trình thi công mô hình xe vệ sinh được thực hiện cẩn thận, đảm bảo tính chính xác và hiệu quả. Đồ án cũng đánh giá hiệu quả xe tự động vệ sinh, an toàn xe tự động vệ sinh, và khả năng ứng dụng IoT trong xe tự động vệ sinh. Bản vẽ xe tự động vệ sinh và sơ đồ xe tự động vệ sinh chi tiết được cung cấp trong báo cáo. Cơ cấu xe tự động vệ sinh được tối ưu để đảm bảo hiệu quả hoạt động và độ bền. Vật liệu xe tự động vệ sinh được lựa chọn phù hợp với điều kiện môi trường.

II. Phân tích thiết kế phần cứng và phần mềm

Phần cứng bao gồm vi điều khiển ARM STM32F103, cảm biến quang, cảm biến la bàn số HMC5883L, động cơ DC, module giao tiếp không dây và mạch nguồn. Phần mềm sử dụng ngôn ngữ C để lập trình vi điều khiển. Lập trình xe tự động vệ sinh tập trung vào việc điều khiển động cơ, xử lý dữ liệu từ cảm biến và giao tiếp không dây. Điều khiển xe tự động vệ sinh được thực hiện thông qua giao diện máy tính, cho phép người dùng điều khiển và giám sát hoạt động của xe. Cấu trúc hệ thống xe tự động vệ sinh được thiết kế mô đun, dễ dàng mở rộng và bảo trì. Quy trình thiết kế xe tự động vệ sinh được tuân thủ nghiêm ngặt, đảm bảo tính chính xác và hiệu quả. Quy trình thi công xe tự động vệ sinh được thực hiện theo từng bước, đảm bảo chất lượng sản phẩm.

2.1 Thiết kế phần cứng

Thiết kế phần cứng tập trung vào việc lựa chọn linh kiện phù hợp, đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống. Vi điều khiển ARM STM32F103 được chọn làm bộ xử lý trung tâm, có khả năng xử lý tín hiệu từ các cảm biến và điều khiển động cơ một cách hiệu quả. Cảm biến quang được sử dụng để phát hiện vật cản, cảm biến la bàn số HMC5883L giúp định hướng di chuyển. Động cơ DC giảm tốc được lựa chọn để đảm bảo lực kéo và độ bền. Module giao tiếp không dây cho phép điều khiển xe từ xa. Mạch nguồn được thiết kế để cung cấp điện áp ổn định cho toàn hệ thống. Cơ cấu xe tự động vệ sinh được thiết kế gọn nhẹ, dễ vận hành. Vật liệu xe tự động vệ sinh được lựa chọn kỹ lưỡng, đảm bảo độ bền và khả năng chịu lực. Tiêu chuẩn xe tự động vệ sinh được tuân thủ để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động. Sơ đồ hệ thống xe tự động vệ sinh minh họa rõ ràng các thành phần và mối liên hệ giữa chúng. Bản vẽ xe tự động vệ sinh chi tiết được sử dụng trong quá trình chế tạo.

2.2 Thiết kế phần mềm

Phần mềm được viết bằng ngôn ngữ C, tập trung vào việc điều khiển động cơ, xử lý dữ liệu từ cảm biến và giao tiếp không dây. Lập trình điều khiển xe tự động vệ sinh đòi hỏi sự chính xác cao, đảm bảo xe hoạt động ổn định và hiệu quả. Thuật toán điều khiển được thiết kế để xe tự động tránh vật cản và di chuyển theo đường thẳng. Giao diện người dùng cho phép người dùng điều khiển và giám sát hoạt động của xe một cách dễ dàng. Mô phỏng xe tự động vệ sinh được tiến hành trước khi chế tạo để kiểm tra tính khả thi của thiết kế. Giải thuật điều khiển xe tự động vệ sinh được tối ưu để giảm thiểu thời gian phản hồi và tăng độ chính xác. Mã nguồn xe tự động vệ sinh được lập trình và test cẩn thận, đảm bảo tính ổn định. Việc sử dụng AI trong xe tự động vệ sinh có thể được xem xét trong các nghiên cứu sau này để nâng cao hơn nữa hiệu quả hoạt động.

III. Kết quả và hướng phát triển

Đồ án đã hoàn thành việc thiết kế và thi công mô hình xe tự động vệ sinh. Xe hoạt động ổn định, có khả năng tự động tránh vật cản và di chuyển theo đường thẳng. Đánh giá hiệu quả xe tự động vệ sinh cho thấy hệ thống hoạt động hiệu quả và đáp ứng được yêu cầu đề ra. Kết quả nghiên cứu mô hình xe tự động vệ sinh được trình bày chi tiết trong báo cáo. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm tích hợp thêm các cảm biến, nâng cao khả năng tự động hóa, và sử dụng công nghệ AI để tối ưu hóa hiệu quả hoạt động. Xe tự động vệ sinh môi trường là một hướng ứng dụng tiềm năng của nghiên cứu này. Xe tự động vệ sinh đường phố cũng là một hướng ứng dụng khác có thể được xem xét. Công nghệ xe tự động vệ sinh đang phát triển mạnh mẽ, góp phần vào việc hiện đại hóa đô thị.

3.1 Kết quả đạt được

Đồ án đã hoàn thành việc chế tạo một mô hình xe tự động vệ sinh hoạt động ổn định. Xe có khả năng di chuyển tự động, tránh vật cản và quét dọn rác. Các cảm biến hoạt động chính xác, dữ liệu được xử lý hiệu quả. Hệ thống điều khiển hoạt động mượt mà, đảm bảo xe hoạt động ổn định. Giao diện người dùng thân thiện và dễ sử dụng. Kết quả thực nghiệm chứng minh tính khả thi và hiệu quả của hệ thống. Hình ảnh kết quả minh họa rõ ràng quá trình hoạt động của xe. Báo cáo đồ án thể hiện đầy đủ quá trình nghiên cứu và kết quả đạt được. Đánh giá hiệu quả xe tự động vệ sinh cho thấy hệ thống đạt hiệu quả cao so với phương pháp truyền thống. So sánh hiệu quả xe tự động vệ sinh với phương pháp thủ công cho thấy sự vượt trội của mô hình tự động.

3.2 Hướng phát triển trong tương lai

Trong tương lai, có thể tích hợp thêm nhiều cảm biến để nâng cao khả năng nhận biết môi trường. Ứng dụng IoT trong xe tự động vệ sinh sẽ cho phép giám sát và điều khiển từ xa. Sử dụng AI để tối ưu hóa thuật toán điều khiển và nâng cao hiệu quả hoạt động. Phát triển xe tự động vệ sinh công nghiệp với khả năng hoạt động trong môi trường phức tạp hơn. Tích hợp hệ thống định vị GPS để định hướng chính xác. Nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ mới trong lĩnh vực xe tự động vệ sinh, như năng lượng mặt trời, pin năng lượng cao. Tối ưu hóa thiết kế cơ khí để tăng hiệu quả quét dọn và giảm tiêu thụ năng lượng. Khảo sát thị trường xe tự động vệ sinh để tìm hiểu nhu cầu của người dùng và định hướng phát triển sản phẩm. Tương lai xe tự động vệ sinh rất rộng mở, góp phần vào việc xây dựng một đô thị thông minh và hiện đại.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, tự động hóa đã trở thành xu hướng chủ đạo trong cả lĩnh vực sản xuất công nghiệp lẫn đời sống sinh hoạt dân dụng. Việc nghiên cứu và ứng dụng các thiết bị tự hành nhằm thay thế sức lao động con người, tối ưu hóa thời gian và giảm thiểu chi phí vận hành ngày càng được quan tâm. Trong lĩnh vực vệ sinh tự động, các mô hình xe tự hành phục vụ dọn dẹp mặt sàn đã bắt đầu được hiện thực hóa trên thế giới, tuy nhiên việc nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ cảm biến định hướng chuyên sâu — điển hình như cảm biến la bàn số HMC5883L — tại Việt Nam vào thời điểm thực hiện đề tài (năm 2016) vẫn còn tương đối mới mẻ, phần lớn mang tính tự phát và chưa được chuẩn hóa thành các hệ thống ứng dụng thực tiễn.

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công mô hình xe tự động vệ sinh" do sinh viên Lê Đình Tín và Lê Trần Thiện Minh thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Huỳnh Hoàng Hà tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Ngành Công nghệ Kỹ thuật Máy tính) được triển khai nhằm giải quyết bài toán thiết kế một hệ thống xe tự hành có khả năng tự định hướng chuyển động thẳng, phát hiện vật cản để đổi hướng và truyền nhận dữ liệu điều khiển với máy tính.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể như sau:

1. Tìm hiểu chi tiết vi xử lý ARM STM32F103C8T6, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các module giao tiếp RF HC-11, cảm biến quang phản xạ và cảm biến la bàn số HMC5883L.
2. Đọc hiểu và khai thác các tập dữ liệu kỹ thuật (datasheet) của các linh kiện điện tử trong mạch.
3. Nghiên cứu, thiết kế sơ đồ khối chức năng và tiến hành thi công mạch phần cứng thực tế.
4. Giải thích rõ ràng chức năng và vai trò của từng khối linh kiện cấu thành hệ thống.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Vi điều khiển ARM STM32F103C8T6, cảm biến la bàn số HMC5883L, cảm biến quang phản xạ E3F-DS30C4, động cơ DC giảm tốc GA25 tích hợp encoder từ tính, module truyền nhận không dây RF HC-11, mạch điều khiển động cơ cầu H L298 và nguồn pin Lithium Polymer (Li-Po).
• Phạm vi nghiên cứu:
  • Về không gian và môi trường thử nghiệm: Mô hình hoạt động trên mặt phẳng sàn nhà hình chữ nhật, môi trường trong nhà có từ tính thấp.
  • Về mặt kỹ thuật: Lập trình cấu hình thanh ghi và ngoại vi trên vi điều khiển ARM STM32F103C8T6 (I/O, Timer, PWM, UART, I2C); đọc và xử lý tín hiệu cảm biến quang để nhận diện vật cản/tường; xử lý dữ liệu góc từ trường của cảm biến HMC5883L để tự động hiệu chỉnh hướng di chuyển thẳng; điều khiển công suất 2 động cơ DC giảm tốc; giao tiếp không dây với máy tính phục vụ giám sát và truyền nhận lệnh điều khiển.
  • Thời gian thực hiện: Từ tháng 01/2016 đến tháng 07/2016.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng nền tảng trên hệ thống kiến trúc phần cứng nhúng 32-bit và các chuẩn truyền thông công nghiệp:

• Kiến trúc ARM Cortex-M3 và vi điều khiển STM32F103C8T6: Khảo sát kiến trúc lõi Cortex-M3 hoạt động ở tần số tối đa 72 MHz, hỗ trợ tập lệnh Thumb-2, tích hợp 64–128 KB bộ nhớ Flash, 20 KB SRAM, 7 kênh DMA, 2 bộ ADC 12-bit, cùng các khối ngoại vi như Timer, USART, I2C, SPI, CAN, USB.
• Hệ thống Timer và điều chế độ rộng xung (PWM): Sử dụng các khối định thời 16-bit (Timer 1 chạy trên bus APB2 tần số 72 MHz; Timer 2, 3, 4 chạy trên bus APB1 tần số 36 MHz) với các thanh ghi cấu hình bộ chia trước (TIM_Prescaler), chu kỳ đếm (TIM_Period) và chế độ ngắt tràn (IRQ) để tạo xung PWM điều tốc động cơ và bắt sự kiện.
• Giao thức truyền thông I2C (Inter-Integrated Circuit): Ứng dụng bus truyền thông nối tiếp 2 dây (SDA, SCL) đồng bộ với cơ chế tạo xung Start/Stop, hỗ trợ tốc độ chuẩn 100 kHz và tốc độ cao 400 kHz, tích hợp khối phần cứng kiểm lỗi dữ liệu CRC-8 (PEC) phục vụ đọc dữ liệu từ cảm biến từ trường.
• Giao tiếp nối tiếp không đồng bộ UART: Khảo sát khung truyền 8-N-1 (8 bit dữ liệu, không bit parity, 1 bit stop) cùng các thông số Baud Rate, cơ chế bắt tay và quản lý bộ đệm (buffer) để kết nối vi điều khiển với module RF và máy tính.
• Cảm biến và cơ cấu chấp hành:
  • Cảm biến la bàn số HMC5883L (Honeywell): Sử dụng vật liệu Indium Antimonide (InSb) đo cường độ từ trường 3 trục Decac để tính toán góc lệch hướng của xe, trả về dữ liệu 16-bit qua các cặp thanh ghi (DXRA, DXRB).
  • Cảm biến quang phản xạ khuếch tán E3F-DS30C4: Sử dụng chùm LED hồng ngoại bước sóng 950 nm phát hiện vật thể không trong suốt ở cự ly từ 0 đến 30 cm, ngõ ra NPN cực thu hở (Open Collector).
  • Mạch công suất cầu H L298N: Điều khiển độc lập 2 động cơ DC với khả năng chịu dòng đỉnh 2A mỗi cầu, điện áp điều khiển từ 5V đến 35V.
  • Động cơ DC giảm tốc GA25 kết hợp encoder từ tính: Tỷ số truyền 1/45, encoder 334 xung/vòng với 2 kênh A và B lệch pha 90 độ, cho độ phân giải sau nhân 4 là 1336 xung/vòng.
  • Module truyền thông RF HC-11: Dựa trên IC thu phát vô tuyến CC1101 (Texas Instruments) phối hợp vi điều khiển STM8S003F3P6 trên dải tần 433 MHz, hỗ trợ các chế độ truyền FU1–FU4 và tập lệnh AT.
  • Nguồn cung cấp: Pin Wild Scorpion Li-Po 3 cell (11.1V, dung lượng 1500 mAh, hệ số xả 35C).

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng gồm:

• Phương pháp phân tích tài liệu và nghiên cứu lý thuyết: Khảo sát tài liệu kỹ thuật, sơ đồ chân và thanh ghi của vi điều khiển ARM Cortex-M3 và các module ngoại vi.
• Phương pháp thiết kế module hóa: Chia hệ thống thành các khối chức năng độc lập (nguồn, cảm biến, điều khiển trung tâm, cơ cấu chấp hành, truyền thông).
• Phương pháp thực nghiệm - hiệu chỉnh: Tiến hành lắp ráp từng mạch phần cứng, nạp chương trình thử nghiệm, đo đạc thông số thực tế và tinh chỉnh thuật toán điều khiển qua từng lần chạy.

Nguồn dữ liệu của đề tài bao gồm tài liệu datasheet chính thức từ các nhà sản xuất bán dẫn (STMicroelectronics, Honeywell, Texas Instruments, Omron) cùng các kết quả ghi nhận trực tiếp trong quá trình thử nghiệm phần cứng.

---

Thiết kế và triển khai

Hệ thống xe tự hành vệ sinh được phân chia thành 6 khối chức năng phần cứng phối hợp với quy trình xử lý phần mềm nhúng khép kín.

Khối chức năng	Linh kiện / Thiết bị chính	Thông số kỹ thuật danh định	Dòng tiêu thụ tối đa
Khối xử lý trung tâm	Kit STM32F103C8T6	ARM Cortex-M3, 72 MHz, 64KB Flash	150 mA
Khối cảm biến hướng	Cảm biến la bàn HMC5883L	Giao tiếp I2C, đo từ trường 3 trục	0.1 mA (100 µA)
Khối cảm biến vật cản	Cảm biến quang E3F-DS30C4	Hồng ngoại 950 nm, cự ly 0–30 cm, 2.5 ms	25 mA
Khối phản hồi tốc độ	Encoder từ tính tích hợp	2 kênh xung lệch pha 90°, 334 xung/vòng	20 mA
Khối truyền thông RF	Module HC-11 (CC1101)	Tần số 433 MHz, khoảng cách 40–100 m	22 mA
Khối động cơ di chuyển	02 Động cơ DC giảm tốc GA25	Tỷ số truyền 1/45, tốc độ 3V ~ 30 rpm	2 x 1200 mA = 2400 mA
Khối cơ cấu tải	Relay 5 chân + Motor 3VDC	Kích đóng ngắt mô phỏng hút/quét bụi	Phụ thuộc nguồn phụ
Khối nguồn chính	Pin Li-Po Wild Scorpion 3S	11.1V, 1500 mAh, xả 35C (cấp tới 52.5A)	Cung cấp toàn tải

Tính toán công suất cho thấy tổng dòng tiêu thụ cực đại của toàn hệ thống khi các động cơ hoạt động hết công suất đạt xấp xỉ 2597.1 mA (được tính toán dự phòng ở mức trên 2900 mA). Bộ pin Li-Po 11.1V 1500 mAh với tỷ lệ xả 35C có khả năng xả dòng liên tục đạt tới 52.5A, đáp ứng đầy đủ yêu cầu năng lượng của hệ thống thông qua mạch giảm áp DC-DC xuống 3.3V và 5V.

Hoạt động của phần mềm điều khiển trên xe được thiết kế theo chu trình 7 giai đoạn tuần tự:

• Giai đoạn 1: Bật công tắc nguồn, hệ thống khởi động các ngoại vi (I2C, UART, Timer, GPIO) và nạp thông số cấu hình chu trình chạy.
• Giai đoạn 2: Đọc giá trị góc từ cảm biến HMC5883L để xác định góc chuẩn ban đầu và tiến hành xoay sửa hướng nếu phát hiện góc xuất phát bị lệch.
• Giai đoạn 3: Điều khiển 2 động cơ di chuyển thẳng tiến về phía trước; liên tục đọc dữ liệu la bàn số để bù trừ độ lệch hướng (tự động điều chỉnh vận tốc 2 bánh để giữ xe chạy thẳng).
• Giai đoạn 4: Cảm biến quang liên tục quét vật cản; khi tiếp cận tường chắn, xe kích hoạt ngắt, tạm dừng chuyển động và quay trái một góc 180 độ.
• Giai đoạn 5: Xe tiếp tục duy trì quỹ đạo chuyển động thẳng tương tự giai đoạn 3, duy trì ổn định hướng di chuyển mới.
• Giai đoạn 6: Khi gặp tường cản ở đầu đối diện, xe tạm dừng và thực hiện quay phải một góc 180 độ.
• Giai đoạn 7: Bộ đếm kiểm tra tổng số vòng di chuyển đã thực hiện; nếu chưa đạt số vòng cài đặt trước, hệ thống quay lại lặp chu kỳ từ giai đoạn 3 đến giai đoạn 6; nếu đã hoàn tất, xe dừng hoạt động hoàn toàn.

Khối giao tiếp không dây sử dụng module RF HC-11 kết nối qua cổng UART của STM32F103 để truyền nhận chuỗi lệnh và trạng thái hoạt động với giao diện điều khiển trên máy tính.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương mở đầu phân tích tính cấp thiết của việc áp dụng tự động hóa vào sản xuất và đời sống nhằm tiết kiệm nhân lực và hạ giá thành sản phẩm. Tác giả xác lập mục tiêu nghiên cứu là làm chủ dòng vi điều khiển ARM STM32F103C8T6, giao tiếp module vô tuyến RF HC-11, cảm biến la bàn số HMC5883L và cảm biến quang hồng ngoại. Chương này đồng thời xác định rõ đối tượng, phạm vi nghiên cứu thực nghiệm và công bố cấu trúc bố cục đồ án gồm 5 chương.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết liên quan

Chương 2 trình bày chi tiết các nguyên lý kỹ thuật của toàn bộ linh kiện phần cứng và chuẩn giao tiếp:

• Giới thiệu kiến trúc ARM Cortex-M3 trên dòng STM32F103, phân tích ưu điểm tiết kiệm năng lượng (tiêu thụ 36 mA ở 72 MHz và chỉ 2 µA ở chế độ Standby), hệ thống bus APB1/APB2, và 7 kênh DMA.
• Trình bày hoạt động của 4 khối Timer 16-bit, cấu hình các thanh ghi TIM_Prescaler, TIM_Period và cơ chế ngắt tràn.
• Mô tả chi tiết giao thức bus I2C (điều kiện Start, Stop, xung SCL/SDA, kiểm tra lỗi dữ liệu CRC-8 bằng khối PEC) và giao tiếp UART (khung truyền 8-N-1, tốc độ baud, cơ chế đệm buffer).
• Trình bày thông số kỹ thuật cảm biến quang E3F-DS30C4 (bước sóng LED 950 nm, cự ly 0–30 cm, thời gian đáp ứng 2.5 ms, ngõ ra NPN).
• Trình bày nguyên lý mạch cầu H L298N với bảng chân trị điều khiển trạng thái quay thuận, quay nghịch, dừng khẩn cấp thông qua các chân ENA, INT1, INT2.
• Giới thiệu động cơ GA25 (tỷ số truyền 1/45) và encoder từ tính 334 xung/vòng (x4 đạt 1336 xung/vòng) sử dụng 2 kênh Hall lệch pha 90 độ.
• Giới thiệu module RF HC-11 sử dụng chip CC1101, tập lệnh cấu hình AT (AT+V, AT+Bxxxx, AT+Cxxx, AT+Axxx, AT+FUx).
• Trình bày nguyên lý đo từ trường của cảm biến HMC5883L bằng vật liệu InSb và cấu trúc đọc dữ liệu thanh ghi 16-bit DXRA/DXRB.
• Khảo sát nguyên lý đóng ngắt cơ điện của relay (các chân COM, NO, NC) và đặc tính hóa - điện của pin sạc Li-Po Wild Scorpion 11.1V 1500 mAh 35C.

Chương 3: Thiết kế phần cứng và phần mềm

Chương này tập trung vào khâu hiện thực hóa hệ thống:

• Xây dựng sơ đồ khối tổng thể gồm 6 khối chức năng và đặt ra các yêu cầu thiết kế (khung xe hình tròn nhằm giảm thiểu va chạm khi quay 180 độ trong góc hẹp, vận hành tự động theo hình chữ nhật, cấp nguồn bằng pin Li-Po).
• Thiết lập lưu đồ giải thuật cho chương trình chính, chương trình con tự hành lấy góc và sửa hướng, cùng lưu đồ chương trình giao tiếp máy tính.
• Trình bày bảng tính toán dòng tiêu thụ của toàn bộ các linh kiện phần cứng để lựa chọn nguồn pin và mạch giảm áp DC-DC.
• Thiết kế sơ đồ kết nối chi tiết giữa vi điều khiển STM32F103C8T6 với cảm biến HMC5883L qua bus I2C, module HC-11 qua UART, cảm biến quang E3F2-DS30C4 qua chân I/O số, và relay kích đóng ngắt động cơ 3V đóng vai trò tải mô phỏng cơ cấu hút bụi.

Chương 4: Nhận xét kết quả đạt được

Chương 4 ghi nhận và đánh giá kết quả hoạt động của các khối phần cứng trong thực tế:

• Đánh giá khả năng đáp ứng và độ mượt của 2 động cơ DC giảm tốc GA25 khi được điều khiển qua mạch cầu H L298N và nhận tín hiệu hồi tiếp từ encoder.
• Đánh giá độ nhạy và tính ổn định của cảm biến quang E3F-DS30C4 trong việc phát hiện các vật thể mờ đục và tường chắn để gửi tín hiệu ngắt về vi điều khiển.
• Phân tích hiệu quả đọc dữ liệu từ cảm biến la bàn số HMC5883L trong việc duy trì quỹ đạo chuyển động thẳng và bù sai lệch hướng.
• Nhận xét tổng thể về khả năng tự hành của xe trên mô hình thực tế, kèm theo các hình ảnh phần cứng đã thi công và giao diện phần mềm điều khiển trên máy tính.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương cuối cùng tổng kết các kết quả đạt được đối chiếu với mục tiêu ban đầu của đề tài, chỉ ra các mặt hạn chế về mặt cơ khí và cảm biến, đồng thời vạch ra các định hướng mở rộng kỹ thuật cho các nghiên cứu tiếp theo.

---

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể sau:

• Thi công hoàn chỉnh mô hình phần cứng xe tự hành hình tròn, tích hợp đồng bộ vi điều khiển STM32F103C8T6, mạch công suất L298N, 2 động cơ GA25, cảm biến la bàn HMC5883L, cảm biến quang E3F-DS30C4, module truyền thông RF HC-11 và relay điều khiển tải.
• Hiện thực hóa thành công thuật toán tự hành: Xe có khả năng tự động lấy góc chuẩn, duy trì hướng di chuyển thẳng nhờ bù góc từ la bàn số, tự nhận diện vật cản/tường trong phạm vi thiết lập (lên tới 30 cm) với thời gian đáp ứng 2.5 ms, và thực hiện quay 180 độ (luân phiên trái/phải) để bao phủ diện tích sàn hình chữ nhật.
• Thiết lập kênh truyền thông không dây ổn định giữa xe và máy tính trên dải tần 433 MHz thông qua module HC-11, cho phép gửi nhận lệnh điều khiển và giám sát trạng thái từ xa.
• Hệ thống nguồn pin Li-Po 11.1V 1500 mAh 35C kết hợp mạch hạ áp DC-DC vận hành ổn định, cấp đủ dòng tải cực đại trên 2.9A cho toàn bộ thiết bị.

Đóng góp của tác giả:

• Tiếp cận và làm chủ quy trình lập trình ngoại vi trên dòng vi điều khiển 32-bit ARM Cortex-M3 (STM32F103C8T6) phục vụ bài toán điều khiển tự hành.
• Khai thác thành công cảm biến la bàn số HMC5883L qua giao thức I2C để giải quyết bài toán chống lệch hướng cho robot di chuyển trong nhà — một hướng tiếp cận còn tương đối mới trong các nghiên cứu sinh viên tại thời điểm năm 2016.
• Xây dựng giải pháp tích hợp hoàn chỉnh từ phần cứng cơ điện tử, phân phối nguồn công suất, thuật toán điều khiển nhúng đến giao diện truyền thông không dây trên máy tính.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài:

• Cơ cấu tải làm sạch mới dừng lại ở mức mô hình mô phỏng (sử dụng động cơ 3VDC đóng ngắt qua relay) nhằm minh họa nguyên lý hoạt động, chưa tích hợp hệ thống chổi quét và quạt hút bụi công suất thực tế.
• Phạm vi hoạt động của xe phụ thuộc vào môi trường sàn phẳng trong nhà và những khu vực có mức độ nhiễu từ trường thấp để đảm bảo độ chính xác cho cảm biến la bàn số HMC5883L.
• Cảm biến quang phản xạ có thể bị ảnh hưởng về khoảng cách nhận diện tùy thuộc vào màu sắc và đặc tính bề mặt của vật cản.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Nâng cấp và thi công cơ cấu quét hút bụi hoàn chỉnh với công suất lớn hơn.
• Tích hợp thêm các cảm biến phụ trợ như cảm biến siêu âm hoặc cảm biến laser/LiDAR để xây dựng bản đồ môi trường và nâng cao độ chính xác khi tránh chướng ngại vật.
• Tối ưu hóa giải pháp điều khiển vận tốc và vị trí động cơ bằng các giải thuật điều khiển tự động nâng cao (như bộ điều khiển PID) dựa trên phản hồi xung từ encoder.
• Mở rộng giao diện điều khiển và giám sát không dây trên các nền tảng di động hoặc mạng không dây diện rộng.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án mang lại giá trị tham khảo hữu ích cho sinh viên và người nghiên cứu trong các lĩnh vực:

• Đối tượng phù hợp: Sinh viên các ngành Công nghệ Kỹ thuật Máy tính, Điện - Điện tử, Tự động hóa, Cơ điện tử và Kỹ thuật Robot đang thực hiện đồ án môn học, khóa luận tốt nghiệp về robot di động (Mobile Robot) hoặc hệ thống nhúng.
• Nội dung giá trị:
  • Cung cấp tài liệu chi tiết về phương pháp cấu hình và giao tiếp các chuẩn ngoại vi I2C, UART, Timer/PWM trên vi điều khiển STM32F103C8T6.
  • Cung cấp phương pháp tính toán công suất nguồn, cân bằng dòng tiêu thụ cho hệ thống kết hợp giữa tải công suất (động cơ DC) và mạch điều khiển logic sử dụng pin Li-Po dòng xả cao.
  • Hướng dẫn thực tế về cách giao tiếp và đọc dữ liệu thanh ghi từ cảm biến từ trường 3 trục HMC5883L để ứng dụng vào việc giữ hướng chuyển động cho robot.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Vi điều khiển trung tâm của hệ thống xe tự hành là loại nào và có các đặc tính kỹ thuật cơ bản gì? Hệ thống sử dụng vi điều khiển ARM 32-bit Cortex-M3 STM32F103C8T6. Chip hoạt động ở tần số xung nhịp tối đa 72 MHz, tích hợp 64–128 KB bộ nhớ Flash, 20 KB SRAM, 7 kênh DMA, 7 bộ định thời Timer 16-bit, 2 bộ ADC 12-bit cùng các giao diện truyền thông I2C, USART, SPI, CAN và USB 2.0.

2. Cảm biến la bàn số HMC5883L giao tiếp với vi điều khiển bằng giao thức nào và đóng vai trò gì trong đồ án? Cảm biến HMC5883L giao tiếp với STM32F103C8T6 qua chuẩn giao tiếp nối tiếp 2 dây I2C. Thiết bị đo cường độ từ trường Trái Đất trên 3 trục để xác định hướng góc của xe với độ chính xác từ 1 đến 2 độ, cung cấp dữ liệu cho vi điều khiển tự động điều chỉnh tốc độ hai bánh nhằm giữ xe luôn di chuyển theo đường thẳng định trước và bù trừ góc lệch.

3. Khối truyền thông không dây sử dụng module gì và được cấu hình như thế nào? Hệ thống sử dụng module RF HC-11 hoạt động trên dải tần 433 MHz (dựa trên chip vô tuyến CC1101 của Texas Instruments và vi điều khiển STM8S003F3P6). Module kết nối với vi điều khiển qua cổng UART ở mức logic TTL, hỗ trợ cự ly truyền nhận danh định từ 40m đến 100m và được cấu hình các thông số tốc độ baud, kênh truyền, địa chỉ thông qua tập lệnh AT.

4. Nguồn điện cấp cho xe được tính toán và lựa chọn ra sao? Hệ thống tính toán tổng dòng tiêu thụ cực đại của các khối linh kiện (vi điều khiển 150 mA, cảm biến quang 25 mA, la bàn 0.1 mA, module RF 22 mA, 2 động cơ GA25 là 2400 mA) đạt trên 2900 mA. Nguồn cấp được chọn là pin Li-Po Wild Scorpion 11.1V (3 cell mắc nối tiếp), dung lượng 1500 mAh với hệ số xả 35C (cho dòng xả liên tục lên đến 52.5A), kết hợp mạch chuyển đổi DC-DC hạ áp xuống 3.3V và 5V để cấp nguồn ổn định cho các bo mạch và cảm biến.

5. Cơ cấu quét dọn vệ sinh trên mô hình thực tế được thiết kế và điều khiển như thế nào? Để phục vụ việc mô phỏng chức năng vệ sinh mặt sàn, nhóm tác giả sử dụng một động cơ DC 3VDC kết nối với một module relay 5 chân (các tiếp điểm COM, NO, NC). Khi xe thực hiện chu trình tự hành, vi điều khiển ARM sẽ xuất tín hiệu kích đóng relay để cấp nguồn cho motor 3V quay, mô phỏng cơ cấu hút và quét rác.

---

Kết luận

Đồ án "Thiết kế và thi công mô hình xe tự động vệ sinh" đã hoàn thành việc thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công mô hình xe tự hành phục vụ dọn dẹp mặt sàn dựa trên nền tảng vi điều khiển 32-bit ARM Cortex-M3 (STM32F103C8T6). Bằng việc tích hợp cảm biến từ trường HMC5883L qua giao thức I2C và cảm biến quang E3F-DS30C4, hệ thống đã giải quyết tốt bài toán ổn định hướng di chuyển thẳng, tự sửa góc lệch và nhận diện vật cản để đổi hướng tuần tự theo diện tích sàn hình chữ nhật. Kết quả nghiên cứu cung cấp một mô hình phần cứng thực nghiệm hoàn chỉnh, có giá trị tham khảo tốt cho các đề tài ứng dụng vi điều khiển ARM và cảm biến định hướng trong robot di động.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: GIỚI THIỆU Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM Chương 4: NHẬN XÉT KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 2 do an CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 2. Giới thiệu chung về ARM Cấu trúc ARM (viết tắt từ tên gốc là Advanced RISC Machine) là một loại cấu trúc vi xử lý 32 bit và 64 bit kiểu RISC được sử dụng rộng rãi trong các thiết kếnhúng. Do có đặc điểm tiết kiệm năng lượng, các bộ CPU ARM chiếm ưu thế trong các sản phẩm điện tử di động, mà với các sản phẩm này việc tiêu tán công suất thấp là một mục tiêu thiết kế quan trọng hàng đầu. Ngày nay, hơn 75% CPU nhúng 32-bit là thuộc họ ARM, điều này khiến ARM trở thành cấu trúc 32-bit được sản xuất nhiều nhất trên thế giới.

CPU ARM được tìm thấy khắp nơi trong các sản phẩm thương mại điện tử, từ thiết bị cầm tay (PDA, điện thoại di động, máy đa phương tiện, máy trò chơi cầm tay, và máy tính cầm tay) cho đến các thiết bị ngoại vi máy tính 2. Giới thiệu về dòng STM32: Họ STM32 có hai nhánh đầu tiên riêng biệt: dòng Performance và dòng Access. Dòng Performance tập hợp đầy đủ các thiết bị ngoại vi và chạy với xung nhịp tối đa 72MHz. Dòng Access có các thiết bị ngoại vi ít hơn và chạy tối đa 36MHz.

Quan trọng hơn là cách bố trí chân (pins layout) và các kiểu đóng gói chip (package type) là như nhau giữa dòng Access và dòng Performance. Điều này cho phép các phiên bản khác nhau của STM32 được hoán vị mà không cần phải sửa đổi sắp sếp lại footprint (mô hình chân của chip trong công cụ layout bo mạch) trên PCB (Printed Circuit Board). Thoạt nhìn thì các ngoại vi của STM32 cũng giống như những vi điều khiển khác, như hai bộ chuyển đổi ADC, timer, I2C, SPI, CAN, USB và RTC. Tuy nhiên mỗi ngoại vi trên đều có rất nhiều đặc điểm thú vị.

Ví dụ như bộ ADC 12-bit có tích hợp một cảm biến nhiệt độ để tự động hiệu chỉnh khi nhiệt độ thay đổi và hỗ trợ nhiều chế độ chuyển đổi. Mỗi bộ định thời có 4 khối capture compare (dùng để bắt sự kiện với tính năng input capture và tạo dạng sóng ở ngõ ra với output compare), 3 do an mỗi khối định thời có thể liên kết với các khối định thời khác để tạo ra một mảng các định thời tinh vi hơn. Một bộ định thời cao cấp chuyên hỗ trợ điều khiển động cơ, với 6 đầu ra PWM với dead time (khoảng thời gian được chèn vào giữa hai đầu tín hiệu xuất PWM bù nhau trong điều khiển mạch cầu H) lập trình được và một đường break input (khi phát hiện điều kiện dừng khẩn cấp) sẽ buộc tín hiệu PWM sang một trạng thái an toàn đã được cài sẵn. Ngoại vi nối tiếp SPI có một khối kiểm tổng (CRC) bằng phần cứng cho 8 và 16 word hỗ trợ tích cực cho giao tiếp thẻ nhớ SD STM32 có hỗ trợ thêm tối đa 12 kênh DMA (Direct Memory Access).

Mỗi kênh có thể được dùng để truyền dữ liệu đến các thanh ghi ngoại vi hoặc từ các thanh ghi ngoại vi đi với kích thước từ (word) dữ liệu truyền đi có thể là 8/16 hoặc 32-bit. Mỗi ngoại vi có thể có một bộ điều khiển DMA (DMA controller) đi kèm dùng để gửi hoặc đòi hỏi dữ liệu như yêu cầu. Một bộ phân xử bus nội (bus arbiter) và ma trận bus (bus matrix) tối thiểu hoá sự tranh chấp bus giữa truy cập dữ liệu thông qua CPU (CPU data access) và các kênh DMA. Điều đó cho phép các đơn vị DMA hoạt động linh hoạt, dễ dùng và tự động điều khiển các luồng dữ liệu bên trong vi điều khiển.

STM32 là một vi điều khiển tiêu thụ năng lượng thấp và đạt hiệu suất cao. Nó có thể hoạt động ở điện áp 2V, chạy ở tần số 72MHz và dòng tiêu thụ chỉ có 36mA với tất cả các khối bên trong vi điều khiển đều được hoạt động. Kết hợp với các chế độ tiết kiệm năng lượng của Cortex, STM32 chỉ tiêu thụ 2μA khi ở chế độ Standby. Một bộ dao động nội RC 8MHz cho phép chip nhanh chóng thoát khỏi chế độ tiết kiệm năng lượng trong khi bộ dao động ngoài đang khởi động.

Khả năng nhanh đi vào và thoát khỏi các chế độ tiết kiệm năng lượng làm giảm nhiều sự tiêu thụ năng lượng tổng thể. Giới thiệu về ARM Cortex M3 STM32F103 Như đã thấy trong phần giới thiệu, bộ xử lý Cortex là thế hệ lõi nhúng kế tiếp từ ARM. Cortex thừa kế các ưu điểm từ các bộ xử lí ARM trước đó, nó là một lõi xử lý hoàn chỉnh, bao gồm bộ xử lí trung tâm Cortex và một hệ thống các thiết bị 4 do an ngoại vi xung quanh, Cortex cung cấp phần xử lí trung tâm của một hệ thống nhúng. Để đáp ứng yêu cầu khắc khe và đa dạng của các hệ thống nhúng, bộ xử lý Cortex gồm có 3 nhánh, được biểu hiện bằng các ký tự sau tên Cortex như sau: Cortex-A : bộ vi xử lý dành cho hệ điều hành và các ứng dụng của người dung phức tạp.

Hỗ trợ các tập lệnh ARM, Thumb và Thumb-2. Cortex-R : bộ xử lí dành cho các hệ thống đòi hỏi khắc khe về tính thời gian thực. Hỗ trợ các tập lệnh ARM, Thumb, và Thumb-2. Cortex-M : bộ xử lí dành cho dòng vi điều khiển, được tối ưu hóa cho các ứng dụng nhạy cảm về chi phí.

Chỉ hỗ trợ tập lệnh Thumb-2. Con số nằm cuối tên Cortex cho biết mức độ hiệu suất tương đối, với 1 là thấp nhất và 8 là cao nhất. Hiện nay dòng Cortex-M có mức hiệu suất cao nhất là mức 3. STM32 dựa trên bộ xử lý Cortex-M3.3 : Kiến trúc vi xử lí ARM Cortex-M3 5 do an Vi điều khiển STM32F103C8T6 là họ vi điều khiển 32 bit của hãng TexasInstrument với 64-128 Kb bộ nhớ Flash, USB 2.0 full-speed, CAN, 7 bộ Timer, 2 bộ ADC và 9 giao diện kết nối.

Thông tin chung: ● Lõi : ARM 32 bit Cortex-M3 ● Tần số hoạt động lên tới 72 Mhz ● Bộ nhớ : 64-128 Kb Flash, 20 Kb SRAM ● ADC : 2×12 bit, tần số lấy mẫu 1Mhz ● DAC : không ● DMA : Điều khiển 7 kênh DMA ● Timer : 7 bộ, 16 bit ● Giao diện kết nối : 2xI2C, 3xUSART, 2xSPI, CAN, USB 2. [1] ● Kiểu chân : VFQFPN36, UFQFPN48, BGA100, LQFP48, LQFP64, LQFP100 Ứng dụng : ● Điều khiển động cơ ● Thiết bị cầm tay và thiết bị y tế ● Ứng dụng công nghiệp ● PLC ● Inverters ● Hệ thống cảnh báo ● HVAC 2. Giới thiệu Timer STM32 có bốn khối định thời. Timer1 là khối nâng cao dành cho điều khiển động cơ.

3 khối còn lại đảm nhiệm chức năng đa nhiệm. Tất cả chúng đều có chung kiến trúc, khối nâng cao sẽ có thêm các đặc tính phần cứng riêng biệt. Tất cả các khối định thời đều gồm bộ đếm 16-bit với thanh ghi chia tần số dao động 16-bit(prescaler) và thanh ghi tự nạp(auto-reload). Bộ đếm của khối định thời có thể được cấu hình để đếm lên, đếm xuống hay trung tính(lên xuống xen kẽ nhau).

Xung nhịp cho đồng hồ có thể được lựa chọn dựa trên 8 nguồn khác nhau: từ đồng hồ chuyên biệt được lấy từ đồng hồ hệ thống, từ xung nhịp chân ra lấy từ khối định thời khác, hoặc từ nguồn xung nhịp ngoại. 6 do an Timer trong STM32F1 có rất nhiều chức năng chẳng hạn như bộ đếm counter, PWM, input … Trong đó, Timer1 có cùng tần số xung clock với hệ thống là 72Mhz. Các Timer lại là 2,3,4 có tần số bằng một nửa. Tức là 36Mhz.4a : Hệ thống Timer của STM32f1 [2] Dựa vào sơ đồ của 4 bộ Timer ta có thể thấy rằng Timer4 được quản lí bởi bus APB1 (Advanced Peripheral Bus) và có clock tối đa là 36MHz (1/2 clock hệ thống).

Để tiến hành thiết lập Timer, ta lập trình các thanh ghi sau: - TIM_Prescaler: hiểu đơn giản như một bộ chia tần số hoặc bộ chia trước. - TIM_Period: là chu kì ta thiết lập cho timer, trong trường hợp này tức là sau khi đếm 999 xung (từ 0) thì timer sẽ bắt đầu đếm lại từ 0. 7 do an - Mode counter: ta chọn đếm tăng, có nghĩa là mỗi xung nhịp timer, bộ đếm counter sẽ tự tăng lên một giá trị theo chiều dương cho đến khi nào bằng giá trị period sẽ đếm lại từ đầu, người ta thường gọi trường hợp này là tràn bộ đếm. Ngoài ra ta cũng phải thiết lập IRQ để lập trình chương trình ngắt và mức độ ưu tiên ngắt khi bộ đếm đủ chu kỳ và tràn.4b : Cách hoạt động timer sau khi thiết lập Như hình ta thấy rằng sau khi thiết lập Timer, cứ 36 lần xung hệ thống thì sẽ ứng với 1 chu kỳ xung Timer và mỗi lần như vậy, Counter sẽ đếm lên 1 giá trị và khi giá trị đó đạt đến 999, xung Timer tiếp theo sẽ làm cho Counter tràn và bắt đầu đếm lại từ đầu (từ 0) đồng thời tạo ra sự kiện ngắt (tràn timer).

Giới thiệu I2C I2C là tên viết tắt của cụm từ Inter-Intergrated Circuit. Đây là đường Bus giao tiếp giữa các IC với nhau. I2C mặc dù được phát triển bới Philips, nhưng nó đã được rất nhiều nhà sản xuất IC trên thế giới sử dụng. I2C trở thành một chuẩn công nghiệp cho các giao tiếp điều khiển.

Bus I2C được sử dụng làm bus giao tiếp ngoại vi cho rất nhiều loại IC khác nhau như các loại Vi điều khiển 8051, PIC, AVR, ARM. I2C là 1 bus 2 chiều, truyền thông giữa 2 IC khác nhau hay 2 modules. Truyền thông dữ liệu nối tiếp qua đường SDA và truyền xung đồng hồ qua đường 8 do an SCL để đồng bộ, 2 đường này phải được kết nối với nguồn cấp tích cực thông qua 1 trở pull-up khi kết nối với các đường ra của thiết bị. Việc truyền dữ liệu đi có thế thực hiện khi bus không bận.

Một giao tiếp I2C gồm có 2 dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL). SDA là đường truyền dữ liệu 2 hướng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ để đồng bộ và chỉ theo một hướng. Như hình vẽ trên, khi một thiết bị ngoại vi kết nối vào đường bus I2C thì chân SDA của nó sẽ nối với dây SDA của bus, chân SCL sẽ nối với dây SCL.5a : Quá trình truyền nhận Để bắt đầu cho việc truyền dữ liệu thì điều kiện cần để thao tác truyền diễn ra là START và STOP. START và STOP là những điều kiện bắt buộc phải có khi một thiết bị chủ muốn thiết lập giao tiếp với một thiết bị nào đó trên bus I2C.