Mô hình xe robot dò tìm kim loại điều khiển bằng điện thoại, HOT

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o----
Tp. HCM, ngày 3 tháng 7 năm 2019
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Nguyễn Hữu Phước MSSV: 15141254
Võ Thanh Phong MSSV: 15141242
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 141
Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1
Khóa: 2015 Lớp: 1514DT2C
I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH XE ROBOT DÒ TÌM KIM
LOẠI ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN THOẠI.
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
 Mô hình xe điều khiển từ xa bằng ứng dụng điện thoại Adroid.
 Xe chạy tiến, chạy lùi, xoay trái, xoay phải, điều chỉnh thay đổi tốc độ di chuyển.
 Xe dò tìm, phát hiện các vật kim loại, khi phát hiện kim loại thì phát ra âm thanh
cảnh báo.
 Sử dụng các module có sẵn trên thị trường để phục vụ thi công đề tài.
2. Nội dung thực hiện:
 Tìm hiểu cách thức hoạt động của các mô hình xe robot.
 Tìm hiểu về mạch dò kim loại.

 Tìm hiểu chuẩn truyền thông UART.
 Tìm hiểu về cách điều chế độ rộng xung PWM.
 Tìm hiểu về mạch công suất điều khiển động cơ DC.
 Tìm hiểu về Arduino Uno R3, module wifi ESP8266.
 Tìm hiểu về ứng dụng MIT App Inventor viết phần mềm Android.
 Thiết kế và thi công mô hình xe.
 Thiết kế giao diện để điều khiển: App android.
 Viết chương trình điều khiển cho Arduino và ESP8266, nạp code và chạy thử nghiệm
sản phẩm, chỉnh sửa và hoàn thiện hệ thống.
 Thực hiện viết luận văn báo cáo.
 Tiến hành báo cáo đề tài tốt nghiệp.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 25/02/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/07/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Thầy Hà A Thồi
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o----
Tp. HCM, ngày 5 tháng 3 năm 2019
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Hữu Phước
Lớp: 1514DT2C MSSV: 15141254
Họ tên sinh viên 2: Võ Thanh Phong
Lớp: 1514DT2C MSSV: 15141242
Tên đề tài: Thiết kế và thi công mô hình xe Robot dò tìm kim loại điều khiển bằng
điện thoại.
Tuần/ngày Nội dung
Xác nhận
GVHD
Tuần 1
(25/2 –3/3)
- Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án, tiến
hành chọn đồ án.
- GVHD tiến hành xét duyệt đề tài.
Tuần 2
(4/3 – 10/3)
- Viết đề cương
- Viết lịch trình làm đề tài
Tuần 3
(11/3 – 17/3)
-Tìm hiểu cơ sở lý thuyết liên quan với đề tài: Arduino
Uno R3, ESP8266 NodeMCU, động cơ DC giảm tốc,
mạch cầu H L298N, các chuẩn giao tiếp, mạch dò tìm
kim loại...
Tuần 4
(18/3 – 24/3)
-Tìm hiểu cơ sở lý thuyết liên quan với đề tài: Arduino
Uno R3, ESP8266 NodeMCU, động cơ DC giảm tốc,
mạch cầu H L298N, các chuẩn giao tiếp, mạch dò tìm
kim loại...
Tuần 5
(25/3 – 31/3)
- Tìm hiểu về giao tiếp giữa các module và thiết bị.
- Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng
các khối.
- Tính toán thiết kế khối nguồn

Tuần 6
(1/4 – 7/4)
-Kết nối tất cả các khối lại và thiết kế sơ đồ toàn mạch,
giải thích nguyên lý hoạt động của mạch.
- Vẽ PCB
Tuần 7
(8/4 – 14/4)
- Lập trình cho vi điều khiển và tiến hành thi công
mạch
Tuần 8
(15/4 – 21/4)
mạch
Tuần 8
(15/4 – 21/4)
mạch
Tuần 9
(22/4 –28/4)
mạch
Tuần 10
(29/4 – 5/5)
- Kiểm tra mạch thi công.
- Viết báo cáo những nội dung đã làm.
Tuần 11
(6/5 – 12/6)
- Hoàn thiện báo cáo và gởi cho GVHD để xem xét
góp ý lần cuối trước khi in và báo cáo.
- Nộp quyển báo cáo.
Tuần 12
(13/6 – 19/6)
- Làm slide báo cáo và báo cáo đề tài.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép
từ tài liệu hay công trình đã có trước đó.
Người thực hiện đề tài
Nguyễn Hữu Phước Võ Thanh Phong

LỜI CẢM ƠN
Sau khi đã hoàn thành đề tài, lời nói đầu tiên nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành
đến các quý Thầy, Cô của Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh chung và
đặc biệt là các Thầy, Cô của Khoa Điện - Điện Tử nói riêng đã dành hết tâm huyết giảng
dạy, truyền đạt những kinh nghiệm và những kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt 4
năm học vừa qua, tạo tiền đề để thực hiện được đề tài này và tạo nền tảng cho tương lai sau
này của chúng em.
Nhóm em xin cảm ơn sâu sắc và chân thành nhất tới Thầy Hà A Thồi đã trực tiếp
hướng dẫn chúng em một cách tận tình nhất trong suốt quá trình làm đề tài, Thầy luôn tạo
điều kiện và hỗ trợ chúng em hết sức mình, cung cấp các thiết bị và đưa ra hướng đi, cách
giải quyết phù hợp nhất để chúng em vượt qua khó khăn. Một lần nữa em xin chân thành
cảm ơn Thầy.
Cuối cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã giúp
đỡ về vật chất lẫn tinh thần để nhóm em có thể hoàn thành đề tài này dễ dàng hơn. Xin cảm
ơn mọi người.
Trong quá trình tìm hiểu và thực hiện đề tài, vì thời gian và kiến thức của chúng em
có giới hạn nên không thể có những thiếu sót. Vì vậy, nhóm chúng em mong rằng sẽ nhận
những đóng góp quý báu của các Thầy, Cô để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn.
Người thực hiện đề tài
Nguyễn Hữu Phước Võ Thanh Phong

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .....................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN............................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN......................................................................................................................vi
MỤC LỤC ......................................................................................................................... vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH....................................................................................................x
DANH MỤC BẢNG .........................................................................................................xiv
TÓM TẮT...........................................................................................................................xv
Chương 1. TỔNG QUAN.....................................................................................................1
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ...........................................................................................................1
1.2. MỤC TIÊU................................................................................................................1
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .....................................................................................2
1.4. GIỚI HẠN .................................................................................................................2
1.5. BỐ CỤC ....................................................................................................................2
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .........................................................................................4
2.1. TỔNG QUAN VỀ MẠCH DÒ KIM LOẠI..............................................................4
2.1.1. Lịch sử phát triển................................................................................................4
2.1.2. Ứng dụng ............................................................................................................5
2.1.3. Khoảng cách để nhận dạng được kim loại .........................................................6
2.1.4. Các phương pháp dò kim loại.............................................................................7
2.1.5. Một số sản phẩm máy dò kim loại có trên thi trường hiện nay........................11
2.2. ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG PWM..........................................12
2.2.1. Giới thiệu..........................................................................................................12
2.2.2. Nguyên lý điều chế độ rộng xung PWM..........................................................12
2.2.3. Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM .....................................................14
2.2.4. Ứng dụng của điều chế độ rộng xung PWM trong điều khiển.........................14
2.3. CHUẨN GIAO TIẾP UART...................................................................................15
2.3.1. Khái niệm .........................................................................................................15
2.3.2. Các đặc điểm quan trọng trong chuẩn truyền thông UART.............................16
2.3.3. Ứng dụng ..........................................................................................................18
2.3.4. Ưu và nhược điềm ............................................................................................18

2.4. CHUẨN GIAO TIẾP WI-FI ...................................................................................18
2.4.1. Giới thiệu..........................................................................................................18
2.4.2. Nguyên tắc hoạt động.......................................................................................19
2.4.3. Một số chuẩn kết nối ........................................................................................19
2.5. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ...................................................................................21
2.5.1. Arduino Uno R3 ...............................................................................................21
2.5.2. Module Wifi ESP8266 NodeMCU...................................................................28
2.5.3. Mạch cầu H L298N ..........................................................................................32
2.5.4. Động cơ DC giảm tốc.......................................................................................35
2.5.5. Giới thiệu IC 555 và mạch tạo dao động bằng IC 555.....................................41
2.5.6. Giới thiệu vi điều khiển PIC 16F690 ...............................................................44
2.5.7. Nguồn pin .........................................................................................................45
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ...........................................................................47
3.1. GIỚI THIỆU............................................................................................................47
3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ............................................................47
3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ............................................................................47
3.2.2. Tính toán và thiết kế.........................................................................................48
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG..................................................................................67
4.1. GIỚI THIỆU............................................................................................................67
4.2. THI CÔNG HỆ THỐNG.........................................................................................67
4.2.1. Thi công board mạch........................................................................................67
4.2.2. Lắp ráp và kiểm tra...........................................................................................71
4.3. ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ................................................................74
4.4. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG.......................................................................................78
4.4.1. Lưu đồ giải thuật...............................................................................................78
4.4.2. Giao diện điều khiển.........................................................................................87
4.4.3. Giới thiệu các phần lập trình vi điều khiển ......................................................90
4.4.4. Phần mềm lập trình cho điện thoại...................................................................92
4.5. VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC....................................95
4.5.1. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng .......................................................................95
4.5.2. Quy trình thao tác .............................................................................................97
Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ.............................................................99

5.1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC..........................................................................................99
5.1.1. Tổng quát kết quả đạt được ..............................................................................99
5.1.2. Kết quả mạch dò kim loại...............................................................................100
5.1.3. Kết quả mạch điều khiển trung tâm................................................................102
5.1.4. Mô hình xe hoàn chỉnh...................................................................................103
5.1.5. Kết quả ứng dụng điều khiển..........................................................................104
5.2. NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ .....................................................................................106
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN......................................................108
6.1. KẾT LUẬN ...........................................................................................................108
6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................................................108
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................110
PHỤ LỤC .........................................................................................................................112

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. Máy dò kim loại....................................................................................................4
Hình 2.2. Các anh bộ đội đang rà phá bom mìn...................................................................5
Hình 2.3. Một số máy dò kim loại sử dụng trong ngành may măc. .....................................6
Hình 2.4. Phương pháp BFO. ...............................................................................................8
Hình 2.5. Phương pháp VLF. ...............................................................................................9
Hình 2.6. Máy dò kim loại Super Scanner Garrett-1165180..............................................11
Hình 2.7. Máy Dò Kim Loại MD5008...............................................................................12
Hình 2.8. Một số dạng sóng điều chế độ rộng xung...........................................................13
Hình 2.9. Một số dạng sóng điều chế độ rộng xung và điện áp trung bình tương ứng......14
Hình 2.10. Kết nối UART giữa hai vi điều khiển. .............................................................16
Hình 2.11. Các thành phần của một khung dữ liệu. ...........................................................16
Hình 2.12. Kết nối Wifi giữa các thiết bị. ..........................................................................19
Hình 2.13. Các chuẩn kết nối Wifi.....................................................................................20
Hình 2.14. Một số loại Arduino..........................................................................................22
Hình 2.15. Hình ảnh thực tế Arduino Uno R3. ..................................................................23
Hình 2.16. Robot. ...............................................................................................................27
Hình 2.17. Drone. ...............................................................................................................27
Hình 2.18. Máy in 3D.........................................................................................................28
Hình 2.19. Sơ đồ chân chip ESP8266EX. ..........................................................................29
Hình 2.20. Hình ảnh module wifi ESP8266 nodeMCU ngoài thực tế. ..............................31
Hình 2.21. Sơ đồ chân của ESP8266..................................................................................32
Hình 2.22. Mạch cầu L298N. .............................................................................................33
Hình 2.23. Mạch nguyên lý mạch cầu H L298N................................................................34
Hình 2.24. Cấu tạo của một động cơ giảm tốc. ..................................................................35
Hình 2.25. Cấu tạo động cơ DC. ........................................................................................36
Hình 2.26. Ảnh thực tế của stato. .......................................................................................37
Hình 2.27. Ảnh thực tế của rôto. ........................................................................................38
Hình 2.28. Cấu tạo hộp giảm tốc........................................................................................40
Hình 2.29. Động cơ giảm tốc DC.......................................................................................41

Hình 2.30. Các dạng hình dáng chân của IC 555 trong thực tế..........................................42
Hình 2.31. Sơ đồ chân và sơ đồ khối IC 555......................................................................42
Hình 3.8. Mạch dao động sử dụng IC 555. ........................................................................44
Hình 2.32. Vi điều khiển PIC 16F690................................................................................45
Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống....................................................................................................47
Hình 3.2. Module Arduino UNO R3..................................................................................49
Hình 3.3. Kết nối Arduino UNO R3 với module ESP8266 NodeMCU.............................51
Hình 3.4. Động cơ giảm tốc DC.........................................................................................51
Hình 3.5. Sơ đồ kết nối giữa Arduino và module L298N. .................................................54
Hình 3.6. Kết nối giữa động cơ DC và module L298. .......................................................55
Hình 3.7. Sơ đồ khối mạch cảm biến phát hiện kim loại. ..................................................56
Hình 3.9. Sơ đồ nguyên lý mạch dao động. .......................................................................57
Hình 3.10. Sơ đồ cấu trúc mạch mạch dao động................................................................58
Hình 3.11. Sơ đồ mạch khối vi điều khiên PIC16F690......................................................60
Hình 3.12. Sơ đồ mạch nguồn cung cấp cho khối cảm biến phát hiện kim loại. ...............61
Hình 3.13. Mạch nguyên lý khối cảm biến phát hiện kim loại. .........................................61
Hình 3.14. Buzzer...............................................................................................................62
Hình 3.15. Transistor C1815. .............................................................................................63
Hình 3.16. Mạch báo động phát hiện kim loại. ..................................................................63
Hình 3.17. Nguồn pin cung cấp cho mô hình.....................................................................65
Hình 3.18. Mạch nguyên lý hoàn chỉnh. ............................................................................66
Hình 4.1. Bố trí link kiện mạch điều khiển trung tâm........................................................67
Hình 4.2. Mạch in mạch điều khiển trung tâm...................................................................68
Hình 4.3. Bố trí linh kiện mạch dò kim loại.......................................................................69
Hình 4.4. Mạch in mạch dò kim loại..................................................................................70
Hình 4.5. Mặt trước mạch điều khiển trung tâm. ...............................................................72
Hình 4.6. Mặt sau mạch điều khiển trung tâm. ..................................................................73
Hình 4.7. Mặt trước mạch dò kim loại. ..............................................................................73
Hình 4.8. Mặt sau mạch dò kim loại. .................................................................................74
Hình 4.9. Bố trí các bộ phận trên khung xe........................................................................75

Hình 4.10. Khung xe robot bán trên thị trường..................................................................76
Hình 4.11. Mô hình hoàn chỉnh chụp ngang. .....................................................................76
Hình 4.12. Bố trí các bộ phận của xe. ................................................................................77
Hình 4.13. Lưu đồ giải thuật của Arduino UNO R3. .........................................................78
Hình 4.14. Bố trí vị trí các động cơ trên khung xe.............................................................79
Hình 4.15. Lưu đồ giải thuật khi xe chạy thẳng. ................................................................80
Hình 4.16. Lưu đồ giải thuật khi xe chạy lùi......................................................................80
Hình 4.17. Lưu đồ giải thuật khi xe rẽ trái. ........................................................................81
Hình 4.18. Lưu đồ giải thuật khi xe rẽ phải........................................................................81
Hình 4.19. Lưu đồ giải thuật khi xe dừng lại. ....................................................................82
Hình 4.20. Lưu đồ giải thuật của ESP8266 NodeMCU. ....................................................83
Hình 4.21. Lưu đồ giải thuật chính của PIC 16F690..........................................................84
Hình 4.22. Lưu đồ giải thuật ngắt ngoài của PIC 16F690..................................................85
Hình 4.23. Lưu đồ giải thuật ngắt Timer1 của PIC 16F690...............................................86
Hình 4.24. Giao diện thiết kế giao diện ứng dụng..............................................................88
Hình 4.25. Giao diện lập trình cho giao diện ứng dụng. ....................................................88
Hình 4.26. Biểu tượng ứng dụng và ứng dụng điều khiển mô hình...................................89
Hình 4.27. Các đối tượng có trong ứng dụng điều khiển. ..................................................90
Hình 4.28. Giao diện phần mềm Arduino IDE...................................................................91
Hình 4.29. Giao diện phần mềm PIC C Compiler..............................................................92
Hình 4.30. Giao diện quản lý của project...........................................................................93
Hình 4.31. Giao diện thiết kế..............................................................................................94
Hình 4.32. Giao diện lập trình............................................................................................94
Hình 4.33. Vị trí công tắc nguồn và nút nhấn đặt lại tần số so sánh..................................95
Hình 4.34. Kết nối điện thoại với Wifi “WiFi_ESP8266_NODEMCU”...........................96
Hình 4.35. Icon ứng dụng điều khiển trên điện thoại.........................................................96
Hình 4.36. Giao diện ứng dụng điều khiển. .......................................................................97
Hình 4.37. Quy trình thao tác sử dụng. ..............................................................................98
Hình 5.2. Cuộn dò mạch dò kim loại................................................................................100
Hình 5.3. Cuộn dò kim loại và vật thể kim loại. ..............................................................101

Hình 5.5. Dữ liệu nhận được khi điện thoại gửi tới ESP8266..........................................102
Hình 5.9. Ứng dụng khi không phát hiện thấy kim loại...................................................105
Hình 5.10. Ứng dụng khi không phát hiện thấy kim loại.................................................106

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. So sánh thông số các chuẩn wifi........................................................................21
Bảng 3.1. Kết nối Arduino UNO R3 với module ESP8266 NodeMCU............................50
Bảng 3.2. Kết nối Arduino UNO R3 với module L298N. .................................................52
Bảng 3.3. Dòng điện và điện áp làm việc của các linh kiện...............................................60
Bảng 3.4. Danh sách giá trị dòng điện và điện áp của các linh kiện chính có trong mạch.
............................................................................................................................................64
Bảng 4.1. Danh sách linh kiện sử dụng trong mạch điều khiển trung tâm.........................68
Bảng 4.2. Danh sách linh kiện sử dụng trong mạch dò kim loại........................................70
Bảng 5.1. Kết quả thực nghiệm đo khoảng cách phát hiện của mạch dò.........................101
Bảng 5.2. Kết quả đạt được ..............................................................................................103

TÓM TẮT
Có thể thấy thế giới đang trong thời kì thay đổi ngày càng văn minh và hiện đại hơn
một cách không ngừng. Vì vậy, đời sống càng hiện đại càng không thể thiêú sự hiện diện
của các thiết bị điện tử. Các thiết bị này xuất hiện ở khắp mọi nơi phục vụ cho lợi ích của
con người, từ sinh hoạt cho đến sản xuất. Mọi thiết bị điện tử lúc bấy giờ tập trung vào sự
chính xác, tốc độ nhanh là trong những thứ mà người tiêu dùng cần thiết khi sử dụng. Và
trong những số đó nền công nghệ đang được phát triển và ưa chuổng trong lúc bấy giở đó
là công nghệ điều khiển từ xa. Nó đã góp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bị mà
con người ta chỉ cần ngồi tại chỗ mà không cần phải đến trực tiếp thiết bị vận hành. Hiện
nay ứng dụng lớn nhất của ngành điện tử điều khiển từ xa này là thiết kế những ngôi nhà
thông minh, ứng dụng này dường như ngày nay đã khá là phổ biến.
Ngoài việc tạo ra các thiết bị sản phẩm để phục vụ cho cuộc sống sinh hoạt và sản
xuất, mà hiện nay nhiều loại sản phẩm Robot thông minh đã được sáng lập ra rất nhiều và
đa dạng ở trên thế giới, và việc tạo ra những sản phẩm Robot này nhằm mục đính chính là
nghiên cứu và làm thay con người những điều mà con người không thể làm được với tốc
độ làm việc nhanh với độ chính xác cao.
Trong quá trình tìm hiểu, nghiên cứu các ứng dụng xung quanh đời sống nhóm đã
xem xét và thấy rằng những mạch dò kim loại thời nay thường được trực tiếp con người sử
dụng, ở những nơi nguy hiểm hoặc những địa hình khó tiếp cận mà con người không thể
trực tiếp làm việc, vì vậy nhóm đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế và thi công mô hình
xe Robot dò tìm kim loại điều khiển bằng điện thoại” để tạo tiền đề xa hơn trong việc
dò kim loại sau này trong tương lai.
Nội dung chính trong đề tài:
 Thiết kế ra một mạch dò kim loại.
 Sử dụng Arduino UNO R3, Module ESP8266 NodeMCU làm khối điều khiển
trung tâm.
 Thiết kế giao diện diện khiển trên điện thoại Android.
 Sử dụng module L298N điều khiển động cơ.

TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 1
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Robot hiện nay đã xuất hiện khắp mọi nơi và đã là nền công nghệ của thế giới với
nhiều khả năng tích cực. Các loại Robot tham gia vào quy trình sản xuất cũng như đời sống
sinh hoạt của con người, nhằm nâng cao năng suất lao động của dây chuyền công nghệ,
giảm giá thành sản phẩm, nâng cao chất lượng cũng như khả năng cạnh tranh của sản phẩm
tạo ra. Robot có thể thay thế con người làm việc một cách ổn định bằng các thao tác đơn
giản và hợp lý, đồng thời có khả năng thay đổi công việc để thích nghi với sự thay đổi của
công nghệ. Sự thay thế hợp lý của Robot còn góp phần giảm giá thành sản phẩm, tiết kiệm
nhân công. Tất nhiên nguồn năng lượng của Robot là rất lớn chính vì vậy nếu có nhu cầu
tăng suất thì phải cần có sự hổ trợ của chúng mới thay thế được sức lao động của con người.
Chúng có thể thay con người làm việc ở những môi trường độc hại, ẩm ướt, bụi bậm
hay nguy hiểm, ở những nhà máy hóa chất, các nhà máy phóng xạ, trong lòng đại dương,
hay các hành tinh khác… Nhìn vào thực tế hiện nay thì các máy dò kim loại phần lớn là do
người dùng cầm nắm trực tiếp trên tay để sử dụng, đối với những nơi kiểm tra an ninh hay
những nhà máy thì có thể áp dụng được một cách dễ dàng, nhưng đối với những khu vực
nguy hiểm như có chứa boom, mìn, các kim loại nhiễm khuẩn, chất phóng xạ, chất độc
hại… Nếu con người trực tiếp tham gia vào việc dò tìm kim loại thì sẽ rất nguy hiểm. Vì
những lí do trên mà nhóm đã quyết định lựa chọn đề tài “Thiết kế và thi công mô hình xe
Robot dò tìm kim loại điều khiển bằng điện thoại” với mục đích là làm ra một mô hình
xe có thể điều khiển từ xa để dò tìm kim loại, từ đó có thể ứng dụng, phát triển phục vụ cho
con người.
1.2. MỤC TIÊU
Thiết kế và thi công mô hình xe Robot dò kim loại điều khiển từ xa dựa trên ứng
dụng điện thoại Android thông qua mạng wifi. Robot sẽ được người dùng điều khiển tiến,
lùi, rẽ trái, rẽ phải, tăng giảm tốc độ theo nhu cầu. Khi phát hiện kim loại thì trên điện thoại
sẽ phát ra âm thanh và hiện thị dòng chữ phát hiện kim loại lên trên màn hình. Đồng thời ở

TỔNG QUAN
mô hình xe cũng sẽ báo động bằng buzzer và dừng trong một khoảng thời gian rồi sau đó
mới có thể tiếp tục điều khiển.
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Nội dung nghiên cứu của nhóm được chia ra các nội dung chính sau:
 NỘI DUNG 1: Tìm hiểu về mạch dò kim loại: lịch sử phát triển, ứng dụng, các
phương pháp dò tìm, từ đó ứng dụng thực hiện cho đề tài.
 NỘI DUNG 2: Nghiên cứu về các lý thuyết và cách sử dụng các loại vi điều
khiển và các mudule cần thiết trong mô hình.
 NỘI DUNG 3: Đề ra các giải pháp thiết kê mô hình, lựa chọn các thiết bị linh
kiện trong việc thiết kế mô hình.
 NỘI DUNG 4: Tìm hiểu, sử dụng và cài đặt các phần mềm lập trình cho vi điều
khiển cũng như phần mềm dùng để thiết kế giao diện điều khiển.
 NỘI DUNG 5: Viết chương trình điều khiển, thi công hệ thống và kiểm tra kết
quả.
1.4. GIỚI HẠN
 Mô hình xe chỉ chạy trên địa hình bằng phẳng dễ chạy.
 Điều khiển thông qua mạng mạng wifi nên chỉ có thể điều khiển ở một phạm vi
nhất định nếu vượt quá thì sẽ không hoạt động được.
 Nguồn hoạt động chính của mạch là pin nên do đó có hạn chế về thời gian sử
dụng
 Mạch dò kim loại phát hiện vật kim loại ở một khoảng cách nhất định và còn
phụ thuộc về vật liệu tìm kiếm.
 Mô hình thi công có kích thước khoảng 35cm x 15cm.
 Tính bảo mật của ứng dụng điều khiển không cao.
1.5. BỐ CỤC
Nội dụng đề tài phần bố các chương sau:
Chương 1: Tổng Quan

TỔNG QUAN
Trong chương này trình bày về những vấn đề tổng quan của ngành điện tử hiện nay,
một số ứng dụng của robot trong đời sống. Từ đó, lý luận dẫn đến việc làm rõ ràng mục
tiêu lựa chọn, nội dung nghiên cứu, giới hạn đề tài và bộ cục của đề tài.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết
Chương này trình bày về cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài bao gồm cơ sở lý thuyết
về mạch dò kim loại, các chuẩn giao tiếp.
Trình bày cơ sở lý thuyết về các thiết bị sử dụng trong mô hình như: Vi điểu khiển
các module, thiết bị và phần mềm thiết kế giao diện.
Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế
Trong chương này trình bày về thiết kế, tính toán những phần như: thiết kế sơ đồ
khối hệ thống, sơ đồ nguyên lí từng khối, sơ đồ nguyên lí toàn mạch, tính toán thiết kế
mạch.
Chương 4: Thi Công Hệ Thống
Trong chương này trình bày về vẽ mạch in, hàn gắn linh kiện lên board mạch, đo đạt
kiểm tra, lắp ráp mô hình. Thiết kế giao diện điều khiển. Vẽ lưu đồ giải thuật, viết chương
trình cho hệ thống. Hướng dẫn quy trình sử dụng cho hệ thống.
Chương 5: Kết Quả Nhận Xét Đánh Giá
Chương này trình bày về các kết quả đạt được, những hạn chế, từ những kết quả đó
đưa ra đánh giá về mô hình và đánh giá quá trình thực hiện.
Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển
Chương này trình bày về những thảnh quả đạt được trong suốt thời gian thực hiện,
rút ra kết luận và hướng phát triển trong tương lai để đề tài hoàn thiện hơn.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. TỔNG QUAN VỀ MẠCH DÒ KIM LOẠI
2.1.1. Lịch sử phát triển
Cuối thế kỷ 19, nhiều nhà khoa học và kỹ sư cố gắng, nỗ lực để tạo ra một cỗ máy
xác định chính xác kim loại. Việc sử dụng một thiết bị như vậy để tìm đá chứa quặng sẽ
mang lại lợi thế rất lớn cho bất kỳ người khai thác nào sử dụng nó. Thiết bị dò ban đầu rất
thô sơ, sử dụng nhiều năng lượng pin và chỉ hoạt động ở mức độ rất hạn chế.
Hình 2.1. Máy dò kim loại.
Năm 1874, nhà phát minh người Đức Gustave Trouvé đã phát triển một thiết bị cầm
tay để định vị các vật kim loại như đạn từ người bệnh nhân. Lấy cảm hứng từ
Trouvé, Alexander Graham Bell cũng đã phát triển một thiết bị tương tự để cố gắng xác
định vị trí viên đạn găm vào ngực của Tổng thống Mỹ James Garfield năm 1881. Máy dò
kim loại hoạt động chính xác nhưng nỗ lực xác định vị trí viên đạn đã không thành công vì
giường tổng thống James Garfield đang nằm có lò xo kim loại làm máy dò nhầm lẫn, khi
đó mọi người đã không phát hiện ra điều này.
Trong những năm 1950 và 1960, với sự phát minh và phát triển của bóng bán dẫn,
các nhà sản xuất và thiết kế máy dò kim loại đã tạo ra những chiếc máy dò nhẹ hơn với
mạch điện cải tiến, chạy bằng những viên pin nhỏ hơn. So với một thập kỷ trước, các máy
dò nhẹ hơn, tìm kiếm sâu hơn, sử dụng ít năng lượng pin hơn và phân loại các loại kim loại
tốt hơn.

2.1.2. Ứng dụng
Ngày nay, máy dò kim loại được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác nhau:
an ninh, khai thác khoáng sản, khảo cổ, thực phẩm…
 Ứng dụng của máy dò kim loại trong ngành an ninh:
 Để tránh mọi sự xâm nhập bất hợp pháp hoặc trái phép của các vật kim loại,
bom, dao, súng trong túi hành lý của người mang chúng ở những nơi công
cộng như nhà hát, trung tâm mua sắm, công viên, sân bay, khách sạn, nhà ga.
 Dò tìm bom mìn còn sót lại sau các cuộc chiến tranh.
Hình 2.2. Các anh bộ đội đang rà phá bom mìn.
 Ngăn chặn các hành vi phạm tội, đảm bảo an toàn cho người dân.
 Ứng dụng trong ngành khảo cổ học
 Nghiên cứu, phát hiện những di tích hàng ngàn năm lịch sử.
 Phát hiện, tìm kiếm các mỏ kim loại, vàng, bạc…
 Ứng dụng trong ngành xây dựng
 Xác định các thanh gia cố trong các công trình.
 Xác đinh vị trí của các vật kim loại dưới mặt đất.
 Kiểm tra cốt thép trong bê tông được chôn trong các bức tường nhà
 Ứng dụng trong ngành may mặc
 Sử dụng sau khi hoàn tất các công đoạn hoặc trước khi đóng gói sản phẩm.

 Kiểm tra các dị vật kim loại trong sản phẩm may mặc.
Hình 2.3. Một số máy dò kim loại sử dụng trong ngành may măc.
 Ứng dụng trong ngành chế biến thực phẩm
 Kiểm tra, phát hiện những vật thể kim loại trộn lẫn trong thực phẩm.
 Máy dò kim loại cho phép rà soát mà không tiếp xúc và không phá hỏng thực
phẩm
 Trong công nghiệp thực phẩm, sản xuất thuốc, hóa chất, dệt may, y tế, tái chế
phế liệu, xử lý rác, nghành chế biến gỗ,… và đóng gói sản phẩm không kim
loại, thì việc để lọt mảnh vụn kim loại vào sản phẩm là điều rắc rối. Vì thế
máy dò kim loại thường đặt ở dây chuyền trước khi đóng gói các sản phẩm
để kiểm tra. Các sản phẩm đóng gói với bao bì không có kim loại thì có thể
kiểm tra ở thành phẩm.
2.1.3. Khoảng cách để nhận dạng được kim loại
Khoảng cách này rất khó để xác định được bởi vì nó phụ thuộc vào các yếu tố sau:
 Công nghệ, phương pháp được sử dụng để phát hiện kim loại trong các máy dò.
 Kích thước, hình dạng vật thể kim loại bị chôn vùi: những vật có hình dạng, kích
thước lớn dễ dàng phát hiện hơn so với những vật có hình dạng, kích thước nhỏ.
 Chất liệu của vật thể kim loại: những vật thể có từ trường mạnh thì dễ phát hiện
hơn những vật thể có từ trường yếu. Ví dụ như sắt là vật liệu có từ tính rất mạnh.

 Tuổi thọ của vật thể: những thứ đã bị chôn vùi trong một thời gian dài có nhiều
khả năng bị oxy hóa hoặc bị ăn mòn, khiến chúng khó tìm thấy hơn.
 Tính chất của đất hoặc cát xung quanh chúng ta đang tìm kiếm.
 Ảnh hưởng của các vật thể khác không mong muốn như: đường ống ngầm, dây
cáp ngầm...
 Nói chung, máy dò kim loại hoạt động ở độ sâu tối đa khoảng 20 đến 50cm.
2.1.4. Các phương pháp dò kim loại
a. Phương pháp BFO (Beat-frequency oscillator)
Cách cơ bản nhất để phát hiện kim loại là sử dụng phương pháp BFO. Phương pháp
BFO sử dụng 2 bộ dao động, trong đó bộ dao động đầu tiên có cuộn dây làm đầu dò được
đặt trong đầu tìm kiếm. Bộ dao động thứ hai làm bộ dao động chuẩn. Hai bộ dao động này
được đặt cách xa nhau để tránh ảnh hưởng lẫn nhau. Và đặc biệt phải đặt tần số của 2 bộ
dao động bằng nhau. Đầu ra 2 bộ dao động được đưa tới một bộ trộn, sau đó qua bộ lọc và
được khuếch đại lên đưa ra loa. Khi không có kim loại thì tín hiệu qua bộ trộn sẽ bằng 0
nên loa không kêu.
Nếu cuộn dây đặt trong đầu tìm kiếm (search head) đi qua một vật kim loại thì vật
kim loại đó sẽ ảnh hưởng đến tần số dao động của bộ dao động chứa cuộn dây dò này. Sự
thay đổi tần số này được so sánh với tần số chuẩn ở bộ dao động chuẩn đặt trong hộp điều
khiển. Sự sai khác tần số ở đầu ra hai bộ dao động đi bộ trộn sẽ được khuếch đại để báo có
kim loại.

Hình 2.4. Phương pháp BFO.
b. Phương pháp VLF (Very Low Frequency)
Very low frequency (VLF) là công nghệ máy dò khá phổ biến được dùng ngày nay.
Trong máy dò VLF, có 2 cuộn dây riêng biệt:
Cuộn phát: đây là cuộn dây vòng ngoài. Nó đơn giản chỉ là 1 cuộn dây dẫn. Dòng
điện được đưa dọc theo sợ dây, ban đầu theo 1 hướng và sau đó theo hướng ngược lại, lặp
đi lặp lại hàng ngàn lần mỗi giây. Số lần mà dòng điện đổi chiều mỗi giây tạo nên tần số của
thiết bị.
Cuộn thu: là cuộn dây vòng trong. Cuộn dây này đóng vai trò như một ăng-ten để
thu nhận và khuếch đại các tần số nhận được đến từ kim loại trong lòng đất.
Vật kim loại: đóng vai trò phát tín hiệu cho cuộn thu.

Hình 2.5. Phương pháp VLF.
Dòng điện di chuyển dọc theo cuộn phát tạo ra một trường điện từ, điều này giống
như trong một motor. Cực tính của từ trường trực giao với vòng dây. Mỗi lần dòng điện đổi
chiều, cực tính của từ trường thay đổi. Điều này có nghĩa là nếu cuộn dây (hay mặt phẳng
chứa vòng dây) song song với mặt đất, từ trường được đẩy ổn định xuống lòng đất và sau
đó phản xạ trở lại (bị đẩy ngược lên).
Vì từ trường di chuyển lên và xuống lòng đất, nó tương tác với các vật thể dẫn điện
bắt gặp được, làm cho chúng sinh ra một trường cảm ứng yếu. Cực tính của trường cảm
ứng của đối tượng ngược với từ trường của cuộn phát. Nếu từ trường của cuộn phát được
đẩy xuống thì từ trường của đối tượng lại đẩy lên.
Cuộn thu hoàn toàn được ngăn cách với từ trường tạo bởi cuộn phát. Tuy nhiên, nó
không ngăn cách với từ trường đến từ vật thể trong lòng đất. Vì vậy, khi cuộn thu đưa qua
vật thể tạo ra từ trường, một dòng điện nhỏ chạy trong cuộn dây (cuộn thu). Dòng điện này
dao động với cùng tần số như của từ trường tạo bởi vật thể. Cuộn dây khuếch đại tín hiệu
này và gửi nó đến hộp điều khiển của máy dò, nơi các cảm biến sẽ phân tích tín hiệu.
Máy dò kim loại có thể xác định xấp xỉ độ sâu của vật thể dưới lòng đất dựa trên
cường độ của từ trường được tạo ra. Vật thể càng gần mặt đất thì từ trường nhận được càng
mạnh, và dòng điện sinh ra càng lớn. Ngược lại, vật thể càng xa mặt đất thì từ trường càng
yếu. Dưới một độ sâu nhất định nào đó, trường của vật thể quá yếu thì thiết bị sẽ không thể
nhận biết được.

c. Phương pháp PI (Pulse Induction)
Một dạng máy dò ít phổ biến hơn dựa trên cảm ứng xung (pulse induction – PI).
Không giống như VLF, hệ thống PI có thể sử dụng cùng 1 cuộn dây cho chức năng bộ phát
và bộ thu, hoặc người ta có thể sử dụng 2 hay thậm chi 3 cuộn dây đồng thời. Kĩ thuật này
tạo ra một xung điện mạnh, ngắn của dòng điện qua cuộn dây. Mỗi xung tạo ra một từ
trường ngắn. Khi xung kết thúc, từ trường đảo cực tính và suy giảm tức thì, kết quả là tạo
một xung điện nhọn. Xung nhọn này tồn tại trong vài micro giây và tạo nên một dòng điện
khác chạy trong cuộn dây. Dòng này được gọi là “xung phản xạ” (reflect pulse) và nó vô
cùng ngắn, chỉ tồn tài khoảng 30 micro giây. Một xung khác sau đó sẽ tiếp tục được tạo ra
bởi máy dò và quá trình lặp lại.
Một máy dò PI thông dụng tạo ra khoảng 100 xung trong 1 giây, nhưng số lượng
này khác nhau rất nhiều tùy vào nhà sản xuất và mẫu thiết bị, trong khoảng từ 25 tới hàng
ngàn xung/giây.
Nếu máy dò được để trên một vật kim loại, xung điện tạo ra 1 từ trường đối ngược
trong vật thể. Khi từ trường của xung suy giảm, tạo ra xung phản xạ, từ trường của vật thể
kim loại làm cho xung phản xạ tồn tại lâu hơn. Quá trình này diễn ra giống như khái niệm
“tiếng vang”. Nếu chúng ta hét lớn trong một căn phòng chỉ có vài bề mặt cứng, hầu như
chúng ta chỉ nghe được tiếng vang rất ngắn, hoặc không nghe thấy, nhưng nếu trong một
căn phòng với nhiều bề mặt cứng, tiếng vang lâu hơn. Trong một máy dò PI, từ trường từ
vật thể kim loại thêm “tiếng vang” vào xung phản xạ, làm cho xung này tồn tại lâu hơn
trường hợp không có “tiếng vang”.
Một mạch lấy mẫu trong máy dò được sử dụng để giám sát độ dài của xung phản xạ.
Bằng cách so sánh nó với độ dài mong muốn, mạch này có thể xác định có phải một từ
trường khác đã làm cho xung phản xạ suy giảm lâu hơn không. Nếu sự suy giảm của xung
phản xạ lâu hơn vài micro giây so với thông thường, gần như chắc chắc là có đối tượng kim
loại nào đó đã tác động lên chúng.
Một mạch lấy mẫu gửi các tín hiệu nhỏ, yếu mà nó bắt được đến 1 thiết bị gọi là bộ
tích phân. Bộ tích phân đọc tính hiệu từ mạch lấy mẫu, khuếch đại và chuyển đổi chúng

thành dòng điện 1 chiều. Điện áp của dòng điện một chiều này được kết nối vào mạch âm
thanh, nơi phát ra âm điệu khi may dò nhận biết được sự tồn tại của kim loại.
Kỹ thuật PI không tốt trên phương diện phân biệt đối tượng bởi vì sự khác nhau về
độ dài xung phản xạ giữa các kim loại khó tách bạch. Tuy nhiên, nó lại rất hữu ích trong
nhiều trường hợp mà kĩ thuật VLF gặp khó khăn, chẳng hạn chẳng hạn như ở các khu vực
có tính dẫn điện cao, ví dụ như trường hợp thăm dò trong môi trường nước muối. Thêm
vào đó, kỹ thuật PI còn có khả năng phát hiện kim loại ở khoảng cách sâu hơn nhiều so với
các kĩ thuật khác.
2.1.5. Một số sản phẩm máy dò kim loại có trên thi trường hiện nay
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều sản phẩm máy dò kim loại khác nhau, kích thước,
hình dáng, giá cả đa dạng. Sau đây là một số sản phẩm máy dò kim loại bán trên thị trường:
a. Máy dò kim loại cầm tay Garrett 1165180
Máy dò kim loại Super Scanner Garrett-1165180 là thiết bị phát hiện kim loại được
sử dụng rất phổ biến trên thế giới. Tay dò kim loại được sử dụng cho các lực lượng an ninh
để kiểm tra người trước khi vào sân bay, nhà giam, khu trung tâm thể thao giải trí, văn
hóa...để ngăn chặn việc mang vũ khí kim loại hoặc các vật dụng nguy hiểm khác bằng kim
loại.
Một số cơ quan dùng để kiểm tra chống trộm cắp tài sản khi ra khỏi cơ quan. Được
thiết kế gọn nhẹ, dễ sử dụng và có độ nhạy rất cao, tính cơ động cao phù hợp với hầu hết
các ứng dụng thực tế.
Hình 2.6. Máy dò kim loại Super Scanner Garrett-1165180.

b. Máy Dò Kim Loại MD5008
Máy dò kim loại MD-5008 là máy phát hiện kim loại dưới lòng đất có độ sâu phát
hiện từ 3 đến 5 mét. Máy có thể phát hiện tất cả các kim loại như vàng, bạc, đồng, sắt và
thiếc... và phân biệt chính xác giữa kim loại màu và kim loại đen. .
Hình 2.7. Máy Dò Kim Loại MD5008.
2.2. ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG PWM
2.2.1. Giới thiệu
Pulse Width Modulation (PWM) là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói
cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn
đến thay đổi điện áp trung bình hoặc dòng trung bình. Các PWM khi biến đổi có cùng tần
số và khác nhau về hệ số công tác – duty cycle.
2.2.2. Nguyên lý điều chế độ rộng xung PWM
Nguyên lý điều chế độ rộng xung là mạch tạo ra xung vuông có chu kỳ là hằng số
nhưng hệ số công tác (còn gọi là hệ số chu kỳ - duty cycle) có thể thay đổi được. Sự thay
đổi hệ số chu kỳ làm thay đổi điện áp trung bình hoặc dòng điện trung bình.
Sự thay đổi điện áp và dòng điện trung bình dùng để điều khiển các tải như: động
cơ DC thì làm thay đổi tốc độ động cơ, điều khiển bóng đèn thì làm thay đổi cường độ sáng
của bóng đèn...

Hình 2.8. Một số dạng sóng điều chế độ rộng xung.
Hệ số chu kỳ được tính theo công thức:
Hệ số chu kỳ = ((Độ rộng xung)/(Chu kỳ xung))*100 ( 2.1)
Với chu kỳ không thay đổi, muốn thay đổi thời gian xung mức 1 thì ta thay đổi hệ
số chu kỳ. Khi hệ số chu kỳ thay đổi thì điện áp trung bình hay dòng trung bình thay đổi.
Hệ số chu kỳ càng lớn thì điện áp trung bình hay dòng trung bình càng lớn, nếu điều khiển
động cơ sẽ làm thay đổi tốc độ động cơ.

Hình 2.9. Một số dạng sóng điều chế độ rộng xung và điện áp trung bình tương ứng.
Điện áp trung bình được tính theo công thức:
Utb = ((Độ rộng xung)/(Chu kỳ xung))*Umax . ( 2.2)
Ví dụ với hình 2.2 ta tính được điện áp trung bình trong ba trường hợp có hệ số công
tác là 10%, 50%, 80% và Umax = 24V lần lượt là 2.4V, 12V, 19.2V.
2.2.3. Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM
Để tạo ra xung PWM thì hiện nay có hai cách thông dụng:
 Tạo trực tiếp từ các IC dao động như: NE555, LM556...
 Sử dụng phần mềm để lập trình tạo xung PWM trên các vi điều khiển. Tạo
xung PWM bằng phương pháp này cho độ chính xác rất cao.
Tùy thuộc vào từng yêu cầu thực tế mà ta có thể chọn phương pháp tạo xung PWM
sao cho phù hợp với yêu cầu đó.
2.2.4. Ứng dụng của điều chế độ rộng xung PWM trong điều khiển
PWM được ứng dụng nhiều trong điều khiển. Điển hình nhất mà chúng ta thường
hay gặp là điều khiển động cơ và các bộ xung áp, điều áp… Sử dụng PWM điều khiển độ
nhanh chậm của động cơ, hay cao hơn nữa nó còn được dùng để điều khiển sự ổn định tốc
độ động cơ.

Ngoài lĩnh vực điều khiển hay ổn định tải thì PWM còn tham gia và điều chế các
mạch nguồn như : boot, buck, nghịch lưu 1 pha và 3 pha…
PWM còn gặp nhiều trong thực tế ở các mạch điện điều khiển. Điều đặc biệt là PWM
chuyên dùng để điều khiển các phần tử điện tử công suất có đường đặc tính là tuyến tính
khi có sẵn 1 nguồn 1 chiều cố định. Như vậy PWM được ứng dụng rất nhiều trong các thiết
bị điện, điện tử.
2.3. CHUẨN GIAO TIẾP UART
2.3.1. Khái niệm
UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter có nghĩa là
truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ. UART chuyển đổi giữa dữ liệu nối tiếp và song song.
Một chiều, UART chuyển đổi dữ liệu song song bus hệ thống ra dữ liệu nối tiếp để truyền
đi. Một chiều khác, UART chuyển đổi dữ liệu nhận được dạng dữ liệu nối tiếp thành dạng
dữ liệu song song cho CPU có thể đọc vào bus hệ thống. Để truyền được dữ liệu thì cả bên
phát và bên nhận phải tự tạo xung clock có cùng tần số và thường được gọi là tốc độ baud,
ví dụ như 2400 baud, 4800 baud, 9600 baud...
UART của máy tính hỗ trợ cả hai kiểu giao tiếp là giao tiếp đồng thời và không giao
tiếp đồng thời. Giao tiếp đồng thời tức là UART có thể gửi và nhận dữ liệu vào cùng một
thời điểm. Còn giao tiếp không đồng thời là chỉ có một thiết bị có thể chuyển dữ liệu vào
một thời điểm, với tín hiệu điều khiển hoặc mã sẽ quyết định bên nào có thể truyền dữ liệu.
Giao tiếp không đồng thời được thực hiện khi mà cả 2 chiều chia sẻ một đường dẫn hoặc
nếu có 2 đường nhưng cả 2 thiết bị chỉ giao tiếp qua một đường ở cùng một thời điểm.
Thêm vào đường dữ liệu, UART hỗ trợ bắt tay chuẩn RS232 và tín hiêu điều khiển
như RTS, CTS, DTR, DCR, RT và CD.

Hình 2.10. Kết nối UART giữa hai vi điều khiển.
Để giao tiếp giữa 2 thiết bị thông qua chuẩn giao tiếp UART, ta tiền hành nối dây
Tx (chân gửi tín hiệu) của bên phát với chân Rx (chân nhận tín hiệu) của bên thu và ngược
lại nối chân Rx (chân nhận tín hiệu) của bên phát với chân Tx (chân gửi tín hiệu) của bên
thu. Cách nối dây này được gọi là nối chéo dây. Bên cạnh đó, cần phải nối chung GND cho
cả 2 bên nhận và phát với nhau và muốn truyền nhận được, 2 bên phải có cùng tốc độ baud.
2.3.2. Các đặc điểm quan trọng trong chuẩn truyền thông UART
Dưới đây là khung truyền dữ liệu:
Hình 2.11. Các thành phần của một khung dữ liệu.

Baudrate: Số bit truyền được trong 1s, ở truyền nhận không đồng bộ thì ở các bên
truyền và nhận phải thống nhất Baudrate. Các thông số tốc độ Baudrate thường hay sử dụng
để giao tiếp với máy tính là 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 19200, 38400, 56000,
57600, 115200.
Frame: Ngoài việc giống nhau của tốc độ baud 2 thiết bị truyền nhận thì khung
truyền của bên cũng được cấu hình giống nhau. Khung truyền quy định số bit trong mỗi lần
truyền, bit bắt đầu (Start bit), các bit kết thúc (Stop bit), bit kiểm tra tính chẵn lẻ (Parity),
ngoài ra số bit quy định trong một gói dữ liệu cũng được quy định bởi khung truyền. Có
thể thấy, khung truyền đóng một vai trò rất quan trọng trong việc truyền thành công dữ
liệu…
Idle frame: Đường truyền UART ở mức “1”, để xác nhận hiện tại đường truyền dữ
liệu trống, không có frame nào đang được truyền đi.
Break frame: Đường truyền UART ở mức “0”, để xác nhận hiện tại trên đường
truyền đang truyền dữ liệu, có frame đang được truyền đi
Start bit: Bit đầu tiên được truyền trong một frame, bit này có chức năng báo cho
bên nhận rằng sắp có một gói dữ liệu truyền đến. Đường truyền UART luôn ở trạng thái
cao mức “1” cho đến khi chip muốn truyền dữ liệu đi thì nó gởi bit start bằng cách kéo
xuống mức “0”. Như vậy bit start có giá trị điện áp 0V và phải bắt buộc có bit start trong
khung truyền.
Data: Data hay dữ liệu là thông tin mà chúng ta nhận được trong quá trình truyền
và nhận. Trong quá trình truyền UART, bit có trọng số thấp nhất (LSB – least significant
bit – bên phải) sẽ được truyền trước và cuối cùng là bit có ảnh hưởng cao nhất (MSB –
most significant bit – bên trái).
Parity bit: Parity bit dùng để kiểm tra dữ liệu truyền có đúng hay không. Có 2 loại
Parity đó là Parity chẵn (even parity) và parity lẽ (odd parity). Parity chẵn nghĩa là số bit 1
trong trong dữ liệu truyền cùng với bit Parity luôn là số chẵn, ngược lại nếu Parity lẻ nghĩa
là số bit 1 trong data truyền cùng với bit Parity luôn là số lẻ. Bit Parity không phải là bit
bắt buộc và vì thế chúng ta có thể loại bỏ bit này ra khỏi khung truyền.

Stop bits: Stop bits là một bit báo cáo để cho bộ truyền/nhận biết được gói dữ liệu
đã được gởi xong. Stop bits là bit bắt buộc phải có trong khung truyền. Stop bits có thể là
0.5bit, 1bit, 1.5bit, 2bit tùy thuộc vào ứng dụng UART của người sử dụng.
2.3.3. Ứng dụng
UART thường được dùng trong máy tính công nghiệp, truyền thông, vi điều khiển,
hay một số các thiết bị truyền tin khác. Mục đích của UART là để truyền tín hiệu qua lại
lẫn nhau (ví dụ truyền tín hiệu từ Laptop vào Modem hay ngược lại) hay truyền từ vi điều
khiển tới vi điều khiển, từ laptop tới vi điều khiển.
UART thường được sử dụng trong các bộ vi điều khiển cho các yêu cầu chính xác
và chúng cũng có sẵn trong các thiết bị liên lạc khác nhau như giao tiếp không dây, thiết bị
GPS, module Bluetooth và nhiều ứng dụng khác. Các tiêu chuẩn truyền thông như RS422
& TIA được sử dụng trong UART ngoại trừ RS232.
2.3.4. Ưu và nhược điềm
a. Ưu điểm
 Đơn giản hiệu quả tương đối cao.
 Nó chỉ cần hai dây để truyền dữ liệu.
 Tín hiệu đồng bộ là không cần thiết.
 Có thể kiểm tra dữ liệu ở bên nhận được có bị lỗi hay không.
b. Nhược điểm
 Do tồn tại các bit start, bit stop, và khoảng trống dẫn đến thời gian truyền nhận
chậm.
 Kích thước khung dữ liệu tối đa là 9 bit.
2.4. CHUẨN GIAO TIẾP WI-FI
2.4.1. Giới thiệu
Wifi là viết tắt của Wireless Fidelity, được gọi chung là mạng không dây sử dụng
sóng vô tuyến, loại sóng vô tuyến này tương tự như sóng truyền hình, điện thoại và radio.
Wifi phát sóng trong phạm vi nhất định, các thiết bị điện tử tiêu dùng ngày nay như laptop,
smartphone hoặc máy tính bảng có thể kết nối và truy cập internet trong tầm phủ sóng.

2.4.2. Nguyên tắc hoạt động
Để tạo được kết nối Wifi nhất thiết phải có Router (bộ thu phát), Router này lấy
thông tin từ mạng Internet qua kết nối hữu tuyến rồi chuyển nó sang tín hiệu vô tuyến và
gửi đi, bộ chuyển tín hiệu không dây (adapter) trên các thiết bị di động thu nhận tín hiệu
này rồi giải mã nó sang những dữ liệu cần thiết. Quá trình này có thể thực hiện ngược lại,
Router nhận tín hiệu vô tuyến từ adapter và giải mã chúng rồi gởi qua Internet.
Hình 2.12. Kết nối Wifi giữa các thiết bị.
2.4.3. Một số chuẩn kết nối
Tuy nói wifi tương tự như sóng vô tuyến truyền hình, radio hay điện thoại nhưng nó
vẫn khác các loại sóng kia ở mức độ tần số hoạt động.
Sóng wifi truyền nhận dữ liệu ở tần số 2,5Ghz đến 5Ghz. Tần số cao này cho phép
nó mang nhiều dữ liệu hơn nhưng phạm vi truyền của nó bị giới hạn, còn các loại sóng
khác, tuy tần số thấp nhưng có thể truyền đi được rất xa.
Kết nối wifi sử dụng chuẩn kết nối 802.11 trong thư viện IEEE (Institute of Electrical
and Electronics Engineers), chuẩn này bao gồm 4 chuẩn nhỏ a/b/g/n:

Hình 2.13. Các chuẩn kết nối Wifi.
 Chuẩn wifi đầu tiên 802.11: năm 1997, IEEE đã giới thiệu chuẩn đầu tiên này
cho WLAN. Tuy nhiên, 802.11 chỉ hỗ trợ cho băng tần mạng cực đại lên đến
2Mbps – quá chậm đối với hầu hết mọi ứng dụng. Và với lý do đó, các sản
phẩm không dây thiết kế theo chuẩn 802.11 ban đầu không được sản xuất
nữa.
 Chuẩn wifi 802.11b: IEEE đã mở rộng trên chuẩn gốc 802.11 để tạo ra chuẩn
802.11b vào tháng 7/1999. Chuẩn này hỗ trợ băng thông lên đến 11Mbps,
tương ứng với Ethernet truyền thông.
 Chuẩn wifi 802.11a: trong khi 802.11b vẫn đang được phát triển, IEEE đã tạo
ra một mở rộng thứ 2 có tên gọi là 802.11a. Do giá thành cao hơn nên 802.11a
thường được sử dụng cho các mạng doanh nghiệp, còn 802.11b thích hợp hơn
cho các hộ gia đình.
 Chuẩn wifi 802.11g: vào năm 2002 và 2003, các sản phẩm WLAN hỗ trợ một
chuẩn mới hơn đó là 802.11g, được đánh giá rất cao trên thị trường. Đây là
một nỗ lực kết hợp ưu điểm của cả 802.11a và 802.11b, hỗ trợ băng thông lên
đến 54Mbps và sử dụng tần số 2.4Ghz để có phạm vi rộng.
 Chuẩn wifi 802.11n: 802.11n đôi khi được gọi tắt là wireless, được thiết kế
để cải thiện cho 802.11g trong tổng số băng thông được hỗ trợ bằng cách tận
dụng nhiều tín hiệu không dây và anten. Được phê chuẩn vào năm 2009, với
băng thông tối đa lên đến 600Mbps, 802.11n cũng cung cấp phạm vi tốt hơn
những chuẩn wifi trước đó, do cường độ tín hiệu của nó đã tăng lên.

 Chuẩn wifi 802.11ac: đây là chuẩn wifi lớn nhất, được sử dụng phổ biến nhất
hiện nay. 802.11ac sử dụng công nghệ không dây băng tần kép, hỗ trợ các kết
nối đồng thời trên cả băng tần 2.4Ghz và 5Ghz. 802.11ac có băng thông đạt
tới 1.300Mbps trên băng tần 5Ghz và 450Mbps trên 2.4Ghz.
Bảng 2.1. So sánh thông số các chuẩn wifi.
CÁC CHUẨN WIFI 802.11
Chuẩn IEEE 802.11a 802.11b 802.11g 802.11n 802.11ac
Năm phát hành 1999 1999 2003 2009 2013
Tần số 5 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz 2.4/5 GHz 5 GHz
Tốc độ tối đa 54 Mbps 11 Mbps 54 Mbps 600 Mbps 1 Gbps
Phạm vi trong nhà 100 ft 100 ft 125 ft 225 ft 90 ft
Phạm vi ngoài trời 400 ft 450 ft 450 ft 825 ft 1000 ft
2.5. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
2.5.1. Arduino Uno R3
a. Tổng quan về Arduino
Arduino là một board mạch vi xử lý được sinh ra tại thị trấn Ivrea ở Ý, nhằm xây
dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng
cho Arduino ban đầu là chip AVR, nhưng sau này có rất nhiều nhà sản xuất sử dụng các chip
khác nhau như ARM, PIC, STM32 gần đây nhất là ESP8266, ESP32 và RISCV với năng lực
phần cứng và phần mềm đi kèm mạnh mẽ hơn nhiều.
Được giới thiệu vào năm 2005, những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến
một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên và giới
chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua các
cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích mới

bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động. Đi cùng
với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông
thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C/C++.
Hình 2.14. Một số loại Arduino.
Một mạch Arduino thường bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ
sung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác. Một khía cạnh quan trọng
của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối CPU của board
với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi là shield. Vài shield truyền
thông với board Arduino trực tiếp thông qua các chân khác nhau, nhưng nhiều shield được
định địa chỉ thông qua serial bus I²C, nhiều shield có thể được xếp chồng và sử dụng dưới
dạng song song. Arduino chính thức thường sử dụng các dòng chip megaAVR, đặc biệt là
ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280 và ATmega2560.

b. Arduino Uno R3
Với đề tài này nhóm đang thực hiện chúng tôi lựa chọn bộ điều khiển trung tâm là
module Arduino Uno R3. Module Arduino Uno R3 có giá cả hợp lý khoảng 110.000VNĐ,
sử dụng các mã nguồn mở thuận tiện cho việc lập trình và phù hợp với khả năng của sinh
viên.
Arduino Uno R3 là một board điều khiển phù hợp nhất cho những người mới bắt
đầu sử dụng vi xử lí ATmega328. Nó có 14 đầu vào/đầu ra số (trong đó 6 chân có thể được
sử dụng làm đầu ra PWM), 6 đầu vào analog, một thạch anh thạch anh 16 MHz, một đầu
kết nối USB, một jack cắm nguồn, một đầu ICSP để kết nối với mạch nạp và một nút nhấn
reset. Nó chứa mọi thứ cần thiết để hỗ trợ vi điều khiển, chỉ đơn giản kết nối nó với một
máy tính bằng cáp USB hoặc sử dụng nó với một bộ chuyển đổi AC sang DC hoặc pin để
bắt đầu.
Hình 2.15. Hình ảnh thực tế Arduino Uno R3.
 Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3
 Vi xử lý: Atmega328.
 Điện áp hoạt động: 5V.
 Điện áp đầu vào: 7-12V.
 Điện áp đầu vào (giới hạn): 6-20V.

 Chân vào/ra (I/O) số: 14 chân (6 chân có thể cho đầu ra PWM).
 Chân vào tương tự: 6 chân (độ phân giải 10 bit).
 Chân PWM: 6 chân.
 Dòng điện trong mỗi chân I/O: 20mA.
 Dòng điện chân nguồn 3.3V: 50mA.
 Bộ nhớ Flash: 32 KB (ATmega328) với 0.5 KB sử dụng cho trình nạp khởi động.
 SRAM: 2 KB (ATmega328).
 EEPROM: 1 KB (ATmega328).
 Xung nhịp: 16MHz.
 Các thành phần chức năng chính của Arduino Uno R3
 Vi điều khiển: Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển 8 bit họ AVR là
ATmega8, ATmega168, ATmega328. Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn
giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa,
làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,…
 Nguồn cấp: Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc
cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V.
Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu không có sẵn nguồn
từ cổng USB. Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên sẽ làm hỏng board
Arduino UNO.
 Các chân nguồn:
 GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi chúng
ta dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này
phải được nối với nhau.
 5V: cấp điện áp 5V đầu ra, dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra, dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.
 Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, chúng ta nối cực
dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.

 IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được
đo ở chân này. Điện áp trên chân này là 5V. Chúng ta không được lấy nguồn
5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn.
 Bộ nhớ: Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:
 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh chúng ta lập trình sẽ được lưu trữ trong
bộ nhớ Flash của vi điều khiển. Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này
sẽ được dùng cho bootloader.
 2 KB SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến chúng ta khai
báo khi lập trình sẽ lưu ở đây. Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
 1KB EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory):
đây giống như một chiếc ổ cứng mini, nơi chúng ta có thể đọc và ghi dữ liệu
của mình vào đây mà không phải lo bị mất đi khi mất điện giống như dữ liệu
trên SRAM.
 Các chân vào ra (I/O):
 2 chân Serial: 0 (Rx) và 1 (Tx): dùng để gửi (transmit - Tx) và nhận (receive
- Rx) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông
qua 2 chân này nếu không cần giao tiếp Serial, chúng ta không nên sử dụng
2 chân này nếu không cần thiết.
 Chân PWM: 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép chúng ta xuất ra xung PWM với
độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28
-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm
analogWrite(). Nói một cách đơn giản, chúng ta có thể điều chỉnh được điện
áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như
những chân khác.
 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK): Ngoài các
chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng
giao thức SPI với các thiết bị khác.
 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led nó được nối với chân số 13. Chúng
ta có thể lập trình điều khiển cho led này bình thường.

 6 chân analog (A0 → A5): cung cấp độ phân giải tín hiệu 10 bit (0 → 210
-1)
để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên board,
chúng ta có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog.
 Ngoài ra, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp
I2C/TWI với các thiết bị khác.
 Những lưu ý khi sử dụng module Arduino Uno R3:
 Arduino UNO không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào. Do đó chúng ta phải hết
sức cẩn thận, kiểm tra các cực âm – dương của nguồn trước khi cấp cho Arduino
UNO.
 Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra cho các
thiết bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào. Việc cấp nguồn sai vị trí có
thể làm hỏng board. Điều này không được nhà sản xuất khuyến khích.
 Cấp điện áp trên 13V vào chân RESET trên board có thể làm hỏng vi điều khiển
ATmega328.
 Cường độ dòng điện vào/ra ở tất cả các chân Digital và Analog của Arduino
UNO nếu vượt quá 200mA sẽ làm hỏng vi điều khiển.
 Cấp điệp áp trên 5.5V vào các chân Digital hoặc Analog của Arduino UNO sẽ
làm hỏng vi điều khiển.
 Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì của Arduino UNO
vượt quá 20mA sẽ làm hỏng vi điều khiển. Do đó nếu không dùng để truyền nhận
dữ liệu, chúng ta phải mắc một điện trở hạn dòng.
c. Một số ứng dụng sử dụng module Arduino Uno R3:
 Làm Robot: Arduino có khả năng đọc các thiết bị cảm biến, điều khiển động
cơ,… nên nó thường được dùng để làm bộ xử lý trung tâm của rất nhiều loại
robot.

Hình 2.16. Robot.
 Máy bay không người lái.
Hình 2.17. Drone.
 Điều khiển đèn tín hiệu giao thông, làm hiệu ứng đèn Led nhấp nháy trên các
biển quảng cáo…
 Điều khiển các thiết bị cảm biến ánh sáng, âm thanh.
 Làm máy in 3D

Hình 2.18. Máy in 3D.
2.5.2. Module Wifi ESP8266 NodeMCU
a. Tổng quan
ESP8266 là dòng chip tích hợp Wi-Fi 2.4Ghz có thể lập trình được, rẻ tiền được sản
xuất bởi một công ty bán dẫn Trung Quốc: Espressif Systems. Được phát hành đầu tiên vào
tháng 8 năm 2014, đóng gói đưa ra thị trường dạng module ESP-01, được sản xuất bởi bên
thứ 3: AI-Thinker. Có khả năng kết nối Internet qua mạng Wi-Fi một cách nhanh chóng và
sử dụng rất ít linh kiện đi kèm. Với giá cả có thể nói là rất rẻ so với tính năng và khả năng
ESP8266 có thể làm được.
ESP8266 có một cộng đồng các nhà phát triển trên thế giới rất lớn, cung cấp nhiều
module lập trình mã nguồn mở giúp nhiều người có thể tiếp cận và xây dựng ứng dụng rất
nhanh.
Hiện nay tất cả các dòng chip ESP8266 trên thị trường đều mang nhãn ESP8266EX,
là phiên bản nâng cấp của ESP8266.

Hình 2.19. Sơ đồ chân chip ESP8266EX.
 Thông số kỹ thuật của chip ESP8266EX:
 32-bit RISC CPU : Tensilica Xtensa LX106 chạy ở xung nhịp 80 MHz.
 Hổ trợ Flash ngoài từ 512KiB đến 4MiB.
 64KBytes RAM thực thi lệnh.
 96KBytes RAM dữ liệu.
 64KBytes boot ROM.
 Chuẩn wifi EEE 802.11 b/g/n, Wi-Fi 2.4 GHz.
 Tích hợp TR switch, balun, LNA, khuếch đại công suất và matching network.
 Hổ trợ WEP, WPA/WPA2, Open network.
 Tích hợp giao thức TCP/IP.

 Hổ trợ nhiều loại anten.
 16 chân GPIO.
 Hỗ trợ SDIO 2.0, UART, SPI, I²C, PWM, I²S với DMA.
 1 ADC 10-bit.
 Dải nhiệt độ hoạt động rộng : -40C ~ 125C.
 Lập trình ứng dụng với ESP8266 cho ta 2 lựa chọn :
 Sử dụng firmware được cung cấp bởi Espressif và giao tiếp thông qua tập lệnh
AT commands.
 Lập trình firmware trực tiếp vào ESP8266 sử dụng bộ thư viện SDK cung cấp
bởi Espressif.
b. Module wifi ESP8266 nodeMCU
ESP8266 NodeMCU là dạng vi điều khiển tích hợp Wifi (Wifi SoC) được phát triển
bởi Espressif Systems. Với vi điều khiển và Wifi tích hợp, ESP8266 cho phép lập trình viên
có thể thực hiện vô số các tác vụ TCP/IP đơn giản để thực hiện vô số các ứng dụng khác
nhau, đặc biệt là các ứng dụng IoT..
Các modem Wi-Fi hiện tại đều hỗ trợ chuẩn IEEE 802.11n và hoạt động ở tần số
2.4GHz. ESP8226 nodeMCU là một trong những mô đun hỗ trợ chuẩn Wi-Fi này. Được
phát triển trên chip Wi-Fi ESP8266, nodeMCU được dùng cho các ứng dụng kết nối, thu
thập dữ liệu và điều khiển thông qua sóng Wi-Fi. NodeMCU có kích thước nhỏ gọn, hỗ trợ
chuẩn giao tiếp UART, hỗ trợ kết nối Wi-Fi với nhiều giao thức mạng.
Hơn nữa bản thân NodeMCU là một phiên bản đặc biệt của dòng vi điều khiển
Arduino nên nó có thể sử dụng trực tiếp trình biên dịch của Arduino để lập trình và nạp mã.
Sử dụng các mã nguồn mở thuận tiện cho việc lập trình và phù hợp với khả năng của sinh
viên.

Hình 2.20. Hình ảnh module wifi ESP8266 nodeMCU ngoài thực tế.
 Thông số kỹ thuật của module wifi ESP8266:
 Chip: ESP8266EX.
 Điện áp cung cấp : DC 5 ~ 9V.
 WiFi: 2.4 GHz hỗ trợ chuẩn 802.11 b/g/n.
 Hỗ trợ bảo mật: WEP/ WPA-PSK/WPA2-PSK.
 Bộ nhớ Flash: 32MB.
 Cổng kết nối: hỗ trợ USB-TTL CP2102 với cổng Micro-USB.
 Nhiệt độ hoạt động: -40 °C đến +125 °C.
 Giao thức truyền thông: UART, SPI, I2C…
 Led báo trạng thái GPIO16, nút Reset.
 Tương thích với Arduino IDE.
 Lập trình trên các ngôn ngữ: C/C++, Micropython, NodeMCU Lua.
 Khối lượng sản phẩm: 0,0190 kg.
 Kích thước sản phẩm (dài x rộng x cao): 4,80 x 2,60 x 0,10 cm / 1,89 x1,02 x
0,04 inch
 Số chân I/O: 11 (tất cả các chân I/O đều có Interrupt/PWM/I2C/One-wire, trừ
chân D0)
 Số chân Analog: 1 (điện áp vào tối đa là 3.3V)

 Bộ nhớ Flash: 4MB
 Giao tiếp: Cable Micro USB
Hình 2.21. Sơ đồ chân của ESP8266.
2.5.3. Mạch cầu H L298N
Cầu H là một mạch điện tử cho phép đặt một điện áp trên một tải theo bất kỳ hướng
nào. Mạch cầu H thường được sử dụng trong chế tạo robot và nhiều ứng dụng khác để cho
phép động cơ DC chạy tiến và lùi. Các mạch điều khiển động cơ này chủ yếu được sử dụng
trong các bộ chuyển đổi khác nhau như bộ chuyển đổi DC-DC, DC-AC, AC-AC và nhiều
loại bộ chuyển đổi điện tử công suất khác. Cụ thể, một động cơ bước lưỡng cực luôn được
điều khiển bởi bộ điều khiển động cơ có hai cầu H.
Module điều khiển động cơ L298N (mạch cầu H L298N) là một module hữu ích,
phổ biến với chức năng thông dụng và giá thành rẻ. Mạch này tích hợp 2 mạch cầu H bên
trong nên có thể dùng để điều khiển được 2 động cơ DC hoặc 1 động cơ bước cỡ nhỏ và
vừa. Module có gắn tản nhiệt cho IC, giúp IC có thể điều khiển với dòng đỉnh 2A. L298N

được gắn với các diode trên board giúp bảo vệ vi xử lý chống lại các dòng điện cảm ứng từ
việc khởi động/ tắt động cơ.
 Thông số kỹ thuật của mạch cầu H L298N:
 Driver L298N tích hợp 2 mạch cầu H.
 Điện áp điều khiển tải: 5V-12V.
 Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (2A cho mỗi motor).
 Điện áp của tín hiệu điều khiển: 5V-7V.
 Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ là 75°C).
 Dòng của tín hiệu điều khiển: 0-36mA (ngõ ra của arduino là 20mA nên hoàn
toàn có thể điều khiển được module).
 Nhiệt độ hoạt động: -25°C đến 130°C.
Hình 2.22. Mạch cầu L298N.
 Sơ đồ chân module L298N:
 12V: là chân cấp nguồn trực tiếp cho động cơ. Có thể cấp nguồn từ 9-12V ở chân
12V.

 Jumper 5V: ta chỉ cần cấp nguồn vào chân 12V là có nguồn 5V ở chân 5V, ta có
thể dùng nguồn này cấp cho các mạch điện khác.
 GND: là chân GND của nguồn cấp cho động cơ. Nếu nối module với mạch điều
khiển thì phải nối GND của module và GND của mạch điều khiển chung với
nhau.
 Hai chân ENA và ENB: cho phép xuất điện áp ra 4 ngõ ra OUT1, OUT2, OUT3,
OUT4 của module.
 4 chân Input IN1, IN2, IN3, IN4: nhận tín hiệu từ vi điều khiển và điều khiển cho
động cơ quay. Chiều quay của động cơ phụ thuộc vào mức cao hoặc thấp tại các
chân IN, ví dụ IN1 mức cao, IN2 mức thấp thì động cơ DC sẽ quay thuận và
ngược lại.
 4 chân OUT1, OUT2, OUT3, OUT4: ngõ ra của module.
Hình 2.23. Mạch nguyên lý mạch cầu H L298N.

2.5.4. Động cơ DC giảm tốc
Cấu tạo của một động cơ DC giảm tốc bao gồm: động cơ và hộp giảm tốc.
Hình 2.24. Cấu tạo của một động cơ giảm tốc.
a. Tổng quan về động cơ DC
Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Động
cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như công nghiệp.
Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất khi nối với nguồn
điện, tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ với sự hỗ trợ của
các mạch điện tử cùng phương pháp PWM.
Động cơ điện một chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạt động với
điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ. Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử
dụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầu thay đổi tốc độ trong phạm
vi rộng.
Cấu tạo động cơ DC
Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh (stato) và phần
động (rôto).

Hình 2.25. Cấu tạo động cơ DC.
 Phần tĩnh (stato)
Đây là phần đứng yên của máy. Phần tĩnh gồm có các bộ phận sau:
Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích
từ lồng ngoài lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0.5
đến 1 mm ép lại và tán chặt. Trong máy điện nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn
chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện
và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi
đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này và được nối nối tiếp với
nhau.
Cực từ phụ: được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép
của cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ
được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.
Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong
máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thường
dùng thép dúc. Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy.
Ngoài ra còn có các bộ phận khác như: Nắp máy để bảo vệ máy khỏi bị những vật
ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Cơ cấu
chổi than để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài.

Hình 2.26. Ảnh thực tế của stato.
 Phần động (rôto)
Gồm có những bộ phận sau:
Lõi sắt phần ứng: dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện (thép
hợp kim silic) dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm hao tổn do
dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây
quấn vào. Trong những máy cỡ trung trở lên, người ta còn dập những lỗ thông gió để khi
ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục.
Trong những máy điện lớn thì lõi sắt thường được chia làm từng đoạn nhỏ. Giữa
các đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục. Khi máy làm việc, gió thổi
qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt. Trong máy điện nhỏ lõi sắt phần ứng được ép
trực tiếp vào trục. Trong máy điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có
thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto.
Dây quấn phần ứng: là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Dây
quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ (công
suất dưới vài kilôoat ) thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn, thường
dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép.
Để tránh khi quay bị văng ra do lực ly tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải
đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakilit.
Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Kết cấu của cổ
góp gồm nhiều phiến đồng có duôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0.4 đến 1.2

mm và hợp thành một hình trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V ép chặt
lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao hơn một ít
để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp dược dễ dàng.
Các bộ phận khác như: Cánh quạt để quạt gió làm nguội máy. Trục máy để đặt lõi
sắt phần ứng, cánh quạt và ổ bi.
Hình 2.27. Ảnh thực tế của rôto.
Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều.
Động cơ điện một chiều thực chất là máy điện đồng bộ trong đó suất điện động xoay
chiều được chỉnh lưu thành suất điện động một chiều. Để chỉnh lưu suất điện động ta có hai
đầu vòng dây được nối với hai phiến góp trên có hai chổi điện luôn tỳ sát vào chúng. Khi
rôto quay, do chổi điện luôn tiếp xúc với phiến góp nối với thanh dẫn. Vì vậy suất điện
động xoay chiều trong vòng dây đã được chỉnh lưu ở mạch ngoài thành suất điện động và
dòng điện một chiều nhờ hệ thống vành góp và chổi điện. Để suất điện động một chiều giữa
các chổi điện có trị số lớn và ít đập mạch, dây quấn rôto thường có nhiều vòng dây nối với
nhiều phiến góp làm thành dây quấn phần ứng và có cổ góp điện (còn gọi là cổ góp hoặc
vành đổi chiều).
Ưu, nhược điểm của động cơ DC
Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải..., cả máy
phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vận hành...

động cơ điện xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến. Tuy nhiên động cơ
điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói
chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy
cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện...). Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế
tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu
hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn. Nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện
một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại.
 Ưu điểm
Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát
điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu điểm lớn nhất của động cơ điện
một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải.
 Nhược điểm
Nhược điểm chủ yếu của động cơ điện một chiều là có hệ thống cổ góp - chổi than
nên vận hành kém tin cậy và không an toàn trong các môi trường rung chấn, dễ cháy nổ.
b. Hộp giảm tốc
Hộp giảm tốc là một thiết bị dùng để giảm tốc độ các vòng quay. Đây là thiết bị
trung gian giữa động cơ và các bộ phận khác của máy trong dây chuyền sản xuất với chức
năng điều chỉnh tốc độ của động cơ điện cho phù hợp với yêu cầu.
 Cấu tạo
Bên trong hộp giảm tốc có cấu tạo khá đơn giản, chúng gồm các bánh răng thẳng và
nghiêng ăn khớp với nhau theo một tỷ số truyền nhất định. Thiết bị này có thể tạo nên số
vòng quay phù hợp với yêu cầu người sử dụng. Tùy vào điều kiện làm việc và tính toán thì
người ta sẽ thiết kế một hộp giảm tốc phù hợp với công việc.

Hình 2.28. Cấu tạo hộp giảm tốc.
 Tác dụng: hộp giảm tốc có 2 tác dụng chính:
Giảm tốc: vì động cơ thường có tốc độ rất cao, trong khi nhu cầu sử dụng thực tế
(tốc độ đầu ra) lại thấp, cho nên sẽ cần đến hộp giảm tốc để điều chỉnh vòng quay được
tốc độ như ý.
Tăng tải: lắp hộp giảm tốc vào động cơ làm tăng moment xoắn, từ đó làm tăng tải
trọng và độ khỏe của trục ra hộp giảm tốc.
 Vai trò
Hộp giảm tốc được ứng dụng ở nhiều nghành nghề sản xuất khác nhau. Thường thấy
nhiều ở trong máy móc của các nhà máy. Gần gũi và ứng dụng mà bạn dễ thấy nhất và
nhiều nhất của hộp giảm tốc chính là trong động cơ, đồng hồ, xe máy…
Hộp giảm tốc không thể thiếu trong băng chuyền sản xuất thực phẩm, thức ăn gia
súc, sản xuất bao bì, trong băng tải… Đặc biệt trong các máy khuấy trộn, cán thép, xi mạ,
trong các hệ thống cấp liệu lò hơi. Nhìn chung, đây là thiết bị được ứng dụng rất đa dạng
và giữ vai trò hết sức quan trọng trong hoạt động sản xuất công nghiệp.
Việc chế tạo động cơ có công suất nhỏ (để thoản mãn yêu cầu sử dụng) cần chi phí
rất cao trong khi động cơ có công suất lớn thường nhỏ gọn, thiết kế đơn giản, với chi phí
thấp hơn rất nhiều. Chính vì thế để phù hợp với các tiêu chí về chi phí cấu tạo nhỏ gọn, đơn
giản, dễ sử dụng và bảo dưởng thì sử dụng hộp giảm tốc vẫn là phương án khả thi và tối ưu
nhất.

c. Động cơ giảm tốc DC
Động cơ giảm tốc DC được sử dụng nhiều để thiết kế các loại robot mô hình.Với giá
thành rẻ, dễ sử dụng và mang tính chất ưu việt nên được ứng dụng rất nhiều.
Chọn động cơ giảm tốc DC để điều khiển xe chạy tới, lui, xoay trái, xoay phải. Động
cơ giảm tốc DC với tốc độ hoạt động tối đa 44 mét/phút ở điện áp 6V đến 8V có thể hoàn
toàn đáp ứng được yêu cầu về hệ thống. Điều khiển tốc độ bằng điều chế độ rộng xung
thông qua chân I/O trên module. Với thiết kế đơn giản, nhỏ gọn nên nhóm đã chọn động cơ
trên để thiết kế cho phần di chuyển của xe.
Hình 2.29. Động cơ giảm tốc DC.
 Thông số kỹ thuật
 Điện áp hoạt động: 3V~9V (hoạt động tốt ở 6V~8V).
 Moment xoắn cực đại: 800gf cm min 1:48 (3V).
 Tốc độ không tải: 125 vòng/phút (3V) (với bánh xe 66mm: 26m/1p), 208
vòng/phút (5V) (với bánh xe 66mm: 44m/1p).
 Dòng không tải: 70mA (tối đa 250mA).
2.5.5. Giới thiệu IC 555 và mạch tạo dao động bằng IC 555.
a. Giới thiệu IC 555
IC 555 là một loại linh kiện khá là phổ biến bây giờ với việc dễ dàng tạo được xung
vuông và có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản, điều chế được độ rộng
xung. Nó được ứng dụng hầu hết vào các mạch tạo xung đóng cắt hay là những mạch dao
động khác. Đây là linh kiện của hãng CMOS sản xuất. Sau đây là bảng thông số của IC 555
có trên thị trường :
 Điện áp đầu vào : 2 - 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555, NE7555..)

Mô hình xe robot dò tìm kim loại điều khiển bằng điện thoại, HOT

Mô hình xe robot dò tìm kim loại điều khiển bằng điện thoại, HOT

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Mô hình xe robot dò tìm kim loại điều khiển bằng điện thoại, HOT

Similar a Mô hình xe robot dò tìm kim loại điều khiển bằng điện thoại, HOT (20)

Más de Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864

Más de Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864 (20)

Último

Último (20)

Mô hình xe robot dò tìm kim loại điều khiển bằng điện thoại, HOT