Do tình hình dịch bệnh COVID 19 diễn ra cực kỳ phức tạp, việc đi lại vận chuyển gặp rất nhiều khó khăn, đặc biệt là trong các bệnh viện, khu cách ly tập trung. Việc tiếp xúc trực tiếp với các bệnh nhân nhiễm COVID 19 là rất nguy hiểm. Thực tiễn của quá trình phòng, chống dịch bệnh COVID – 19 cho thấy, mặc dù các nhân viên y tế đã mang trang phục bảo hộ chuyên dùng, nhưng khả năng bị lây nhiễm do tiếp xúc với môi trường truyền nhiễm và bệnh nhân vẫn rất cao.
GIỚI THIỆU TỒNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Mục tiêu nghiên cứu
Mô hình xe chạy bằng Bluetooth được thiết kế kết hợp với cảm biến dò line, với bản vẽ phác thảo trên phần mềm Inventor Quá trình thiết kế mạch và lập trình xe được thực hiện hiệu quả thông qua phần mềm Arduino IDE, cho phép điều khiển xe hoạt động mượt mà bằng ứng dụng Bluetooth RC Controller.
Mục đích nghiên cứu
Khi mô hình được hoàn thiện, việc áp dụng vào thực tiễn sẽ đảm bảo an toàn trong việc vận chuyển nhu yếu phẩm tại khu vực cách ly, đồng thời giảm thiểu tiếp xúc trực tiếp.
QUÁ TRÌNH LÊN Ý TƯỞNG CỦA NHÓM
TÌM HIỂU PHẦN CỨNG
Arduino Uno (Hình )
Arduino là nền tảng mã nguồn mở lý tưởng cho việc phát triển các dự án điện tử, bao gồm bảng mạch lập trình (vi điều khiển) và phần mềm IDE để lập trình và tải mã lên bo mạch.
Arduino đã trở thành công cụ phổ biến cho hàng nghìn dự án nhờ vào tính đơn giản và dễ tiếp cận Phần mềm Arduino không chỉ thân thiện với người mới bắt đầu mà còn đủ linh hoạt cho người dùng nâng cao Khác với các bo mạch lập trình trước đây, Arduino cho phép tải mã mới qua cáp USB mà không cần phần cứng riêng Thêm vào đó, Arduino IDE sử dụng phiên bản đơn giản của C++, giúp việc học lập trình trở nên dễ dàng hơn.
Arduino được chọn làm vi điều khiển xử lí trong mô hình xe hỗ trợ y tế.
3.1.1 Sơ đồ chân của Arduino Uno (Hình 3.1.2):
Hình 3.1.2: Sơ đồ chân Arduino Uno [1]
5V: cấp điện áp 5V đầu ra, dùng để cấp nguồn cho các linh kiện điện tử kết nối với Arduino.
3.3V: chức năng tương tự như cấp nguồn 5v nhưng đây là cấp điện áp 3.3V đầu ra.
Chân GND, hay còn gọi là chân âm, là cực âm của nguồn điện cung cấp cho Arduino UNO Khi sử dụng các thiết bị với nguồn điện riêng biệt, cần phải nối các chân GND này lại với nhau để đảm bảo hoạt động ổn định.
Chân Vin (Voltage Input) trên Arduino UNO tương tự như chân 5V, nhưng có thêm chức năng cung cấp nguồn ngoài thay vì sử dụng cổng USB Để sử dụng, bạn cần kết nối cực dương của nguồn với chân Vin và cực âm của nguồn với chân GND.
Arduino cung cấp nhiều chân I/O (Pin) để giao tiếp và điều khiển các thiết bị Bài viết này sẽ giới thiệu về các chân thường được sử dụng nhất và phân loại chúng thành các nhóm khác nhau.
Arduino UNO R3 có 14 chân digital từ 0 đến 13, cho phép đọc và xuất tín hiệu với hai mức điện áp 0V và 5V Mỗi chân có dòng vào/ra tối đa là 40mA, trong khi một số chân digital còn hỗ trợ chức năng PWM đặc biệt.
Chân PWM, được đánh dấu bằng dấu '~', cho phép xuất xung PWM với độ phân giải 8 bit, tương ứng với giá trị từ 0 đến 255 Điều này có nghĩa là mức giao động điện áp của chân PWM có thể thay đổi từ 0V đến 5V, khác với các chân không phải PWM chỉ có thể chọn giữa hai giá trị 0V và 5V.
Arduino UNO có 6 chân analog (A0 đến A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit
(0 đến 1023) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V đến 5V.
Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.
3.1.6 Các chân TXD/RXD: Đây là các chân Serial dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệuTTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp dữ liệu với các thiết bị cần sử dụng thông qua 2 chân này, ngoài ra có thể sử dụng 2 chân này để nạp code cho mạch mà không cần thông qua USB của mạch.
Module thu phát Bluetooth HC-06 (Hình 3.3)
Bluetooth là công nghệ truyền thông không dây cho phép trao đổi dữ liệu ở khoảng cách ngắn, sử dụng sóng radio tần số cao (UHF) trong dải tần ISM từ 2.4 đến 2.485 GHz Khoảng cách truyền tối đa của module Bluetooth này khoảng 10m Trong số các thiết bị Bluetooth, module HC-06 được sử dụng để điều khiển và giao tiếp từ xa giữa các thiết bị điều khiển và thiết bị chấp hành.
HC-06 được chọn làm module thu phát để điều khiển xe mô hình.
THÔNG SỐ KỸ THUẬT MODULE THU PHÁT BLUETOOTH HC-06
Điện áp hoạt động: 3.3 ~ 5VDC.
Điện áp giao tiếp: TTL tương thích 3.3VDC và 5VDC.
Baudrate UART có thể chọn được: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200.
Dải tần sóng hoạt động: Bluetooth 2.4GHz
Sử dụng CSR mainstream bluetooth chip, bluetooth V2.0 protocol standards.
Dòng điện khi hoạt động: khi Pairing 30 mA, sau khi pairing hoạt động truyền nhận bình thường 8 mA.
Kích thước của module chính: 28 mm x 15 mm x 2.35 mm
Thiết lập mặc định: o Baud rate: 9600, N, 8, 1. o Pairing code: 1234.
3.2.3 Sơ đồ chân của Module thu phát Bluetooth HC-06 (Hình 3.4):
*Sơ đồ chân của module Bluetooth HC – 06 gồm những chân như hình 3.4
3.2.4 Sơ đồ kết nối với Arduino Uno với module thu phát Bluetooth HC – 06 (Hình 3.5):
Hình 3 4 Sơ đồ kết nối với Arduino Uno với module thu phát Bluetooth HC 06
Hình 3.2.3 Sơ đồ chân module thu phát Bluetooth HC – 06 [4] Hình 3 3 Sơ đồ chân module thu phát Bluetooth HC – 06 [4]
- Sơ đồ kết nối để giao tiếp giữa Arduino Uno với module thu phát Bluetooth HC – 06 được kết nối (Hình 3.5) gồm chân Vcc, Gnd, TXD, RXD
Động cơ DC giảm tốc GA25 – 370 (Hình 3.6)
Hình 3 5 Động cơ giảm tốc GA25 - 370
3.3.1 Cấu tạo DC giảm tốc GA25 – 370:
Động cơ DC giảm tốc GA25 - 370 DC Geared Motor (12VDC 280RPM) được chế tạo từ kim loại, mang lại độ bền và ổn định cao, lý tưởng cho các mô hình robot, xe, thuyền, và nhiều ứng dụng khác Hộp giảm tốc của động cơ có nhiều tỉ số truyền, giúp người dùng dễ dàng lựa chọn giữa lực kéo và tốc độ, với nguyên lý rằng lực kéo lớn thì tốc độ sẽ chậm lại và ngược lại Động cơ này sử dụng nguyên liệu chất lượng cao như lõi dây đồng nguyên chất, lá thép 407, vòng tiếp xúc niken và nam châm từ tính mạnh, đảm bảo sức mạnh và độ bền vượt trội so với các sản phẩm giá rẻ trên thị trường, thường sử dụng lõi dây nhôm và nam châm từ tính yếu.
3.3.2 Công thức tính để lựa chọn động cơ dựa trên các thông số mong muốn ban đầu
Công thức tính để lựa chọn động cơ dựa trên các thông số mong muốn ban đầu (Hình 3.7):
- Tốc độ mong muốn của xe: 6.5 Km/h.
- Động cơ giảm tốc GA25 - 370:
+ Tốc độ khi không tải: 280 RPM
>> Tốc độ tối đa khi không tải khoản 6,5 Km/h
+ Lực Kéo Moment định mức: T = 6.3 KG.CM = 0.6 N.m
>> Động cơ chịu tải khoảng 2.6 Kg
+ Công suất khi có tải: P = U * I = 12 V *1,5A = 18 watts
Mạch cầu H L298 (Hình 3.8)
3.4.1 Mạch điều khiển động cơ DC L298:
Mạch điều khiển có khả năng vận hành hai động cơ DC với dòng tối đa 2A cho mỗi động cơ Nó được trang bị diod bảo vệ và IC nguồn 7805, cung cấp nguồn 5VDC cho các module khác, chỉ sử dụng nguồn 5V này khi nguồn cấp nhỏ hơn 12VDC.
Mạch điều khiển động cơ DC L298 dễ sử dụng, chi phí thấp, dễ lắp đặt, là sự lựa chọn tối ưu trong tầm giá.
- Mạch cầu H L298 gồm các chân (Hình 3.9):
Sơ đồ chân mạch cầu H L298 bao gồm các chân cấp nguồn 12V và 5V cho động cơ Bạn có thể cung cấp nguồn 9 - 12V cho chân 12V, và nếu jumper 5V được đặt đúng, chân 5V power sẽ cung cấp nguồn 5V cho Arduino Chân Power GND là GND cho nguồn động cơ, và cần kết nối với GND của Arduino khi sử dụng Mạch có 2 chân Jump A enable và B enable cùng với 4 chân Input: IN1, IN2, IN3, IN4, sẽ được giải thích chi tiết hơn ở bước sau Output A kết nối với động cơ A, cần chú ý đến cực + và - để tránh động cơ quay ngược, đặc biệt khi sử dụng động cơ bước cần đấu nối các pha cho phù hợp.
Sơ đồ nguyên lý và cách đấu nối Mạch Điều Khiển Động Cơ DC L298N (Hình 3.10):
3.4.2 Mạch Điều Khiển Động Cơ DC L298N dùng Arduino
Nếu bạn điều khiển 2 Động cơ của robot, bạn cần chú ý bài đấu nối Cực (+), (-) của động cơ tương ứng với chân (+), (-) của OUTPUT X.
Tiếp bạn cấp nguồn cho Module L298 như phần giải thích ở trên Chú ý chọn Jump cho đúng.
Nếu bạn sử dụng nguồn 5V và động cơ tiêu thụ dưới 1A, bạn có thể kết nối trực tiếp với chân 5V của Arduino Tuy nhiên, nếu động cơ yêu cầu nguồn lớn hơn, hãy sử dụng nguồn cấp riêng cho L298 để bảo vệ Arduino khỏi hư hỏng.
Các chân số D7, D6, D5 và D4 của Arduino sẽ nối tương ứng với IN1, IN2, IN3 và IN4 của L298.
Chiều quay của động cơ được điều khiển bằng cách xuất các đầu ra HIGH hoặc LOW tại các chân INx.
Khi Động Cơ A nhận tín hiệu Logic HIGH ở IN1 và Logic LOW ở IN2, động cơ sẽ quay theo một hướng Ngược lại, nếu tín hiệu được đảo ngược, động cơ sẽ quay theo hướng còn lại.
Để điều chỉnh tốc độ động cơ, bạn cần sử dụng tín hiệu PWM từ các chân hỗ trợ PWM trên Arduino, được đánh dấu bằng ký hiệu ~ Lưu ý rằng động cơ chỉ hoạt động với công suất tối đa.
Để hiêu rõ, bây giờ mình sẽ giúp các bạn tưởng tượng nhé:
Tưởng tượng, chân IN1 là chân OutA.1, chân IN2 là chân OutA.2.
Bạn cấp cực dương vào IN1, cực âm vào IN2 => motor quay một chiều (chiều 1).
Bạn cấp cực âm vào IN1, cực dương vào IN2 => motor quay chiều còn lại (chiều 2).
Cực dương ở đây là điện thế 5V, cực âm ở đây là điện thế 0V Hiện điện thế được tính là điện thế ở IN1 trừ hiệu điện thế IN2.
Hiệu điện thế 5V là mức tối ưu nhất để điều khiển động cơ, vì vậy, khi giảm hiệu điện thế này, sức mạnh của động cơ sẽ bị giảm theo.
Và nếu hiệu điện thế < 0 => động cơ sẽ đảo chiều.
3.5 Động cơ bơm RS385 6-12VDC
3.5.1Giới thiệu về máy bơm RS385 6-12VDC (Hình 3.11):
Máy Bơm RS385 6-12VDC 1.5-2L/Min là giải pháp lý tưởng cho việc bơm nước lên cao, cung cấp nước liên tục cho hòn non bộ và tản nhiệt Sản phẩm này đáp ứng đa dạng nhu cầu của khách hàng, mang lại hiệu suất ổn định và đáng tin cậy.
- Sử dụng động cơ bơm dung dịch khử khuẩn.
- Với khả năng hoạt động ổn định, thiết kế hiện đại, sản phẩm Máy Bơm RS385 6- 12VDC 1.5-2L/Min được rất nhiều khách hàng tin tưởng và đánh giá cao.
Hình 3.5.1: Máy bơm RS385 6-12VDC
3.5.2 Ứng dụng, chức năng của Máy bơm RS385
Máy Bơm RS385 6-12VDC 1.5-2L/Min chủ yếu được thiết kế để bơm nước lên cao, phục vụ cho các hòn non bộ và các khu vực cần làm mát Nó cũng có khả năng di chuyển nước giữa các thiết bị và khu vực khác nhau một cách hiệu quả.
*Lưu ý: Luôn đảm bảo chắc chắn ống mồi rằng có nước để giữ áp suất khi bơm, tăng tuổi thọ cho thiết bị cũng như hiệu năng làm việc.
Nhôm định hình 20x20cm (Hình 3.12)
Nhôm định hình ngày càng đóng vai trò quan trọng trong xây dựng và công nghiệp, cũng như trong các ứng dụng tại nhà Bài viết này sẽ giới thiệu về các mẫu nhôm định hình 20x20cm, một sản phẩm đang được nhiều người quan tâm trên thị trường Để hiểu rõ hơn về mẫu nhôm này, trước tiên chúng ta sẽ khám phá các tính năng nổi bật của nhôm định hình 20x20cm.
Tính năng và thông số kỹ thuật của nhôm định hình 20x20cm
Hình 3 9 Sơ đồ khung nhôm 20x20cm
- Nhôm 20x20cm đang rất được người tiêu dùng quan tâm trên thị trường. Vậy tính năng của nó là gì?
Nhôm định hình 20x20 là một loại nhôm hợp kim nổi bật với khả năng chống tĩnh điện tốt và độ bền cao Khung nhôm được sản xuất từ nhôm định hình đã anodized, mang lại bề mặt sáng bóng, chống xước và chịu lực tốt Sản phẩm này được chế tạo bằng phương pháp đùn ép, giúp tăng cường độ chắc chắn Nguyên liệu chính là nhôm định hình 6063 với độ nguyên chất cao, đảm bảo độ bền tuyệt đối cho nhôm định hình công nghiệp.
Khung nhôm có trọng lượng nhẹ, dễ dàng tháo lắp và di chuyển, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng Nhôm định hình linh hoạt, đi kèm với các phụ kiện như con trượt và ke góc, cho phép lắp ráp dễ dàng và tái sử dụng nhiều lần, giúp tiết kiệm chi phí Đặc biệt, nhôm định hình không gây độc hại cho môi trường, đảm bảo an toàn cho người dùng.
Nhôm định hình 20x20cm với mã sản phẩm IT20x80 có mác nhôm 6063 – T5, bề mặt anod hóa màu trắng bạc, chiều dài thanh nhôm là 6.02 mét và trọng lượng 1.58 Kg/m, cùng với nhôm rãnh 8.
3.6.2 Nhôm định hình 20x20 và các ứng dụng đa năng trong sản xuất (Hình 3.13):
Nhôm định hình đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ sản xuất các sản phẩm khác Do đó, các nhà sản xuất thường căn cứ vào từng kiểu dáng cụ thể để lựa chọn và sử dụng nhôm định hình một cách hiệu quả.
Nhôm định hình là vật liệu quan trọng trong ngành công nghiệp cơ khí, hỗ trợ lắp ráp các sản phẩm như xe đẩy hàng, băng tải, bàn thao tác, hệ thống tản nhiệt, khung máy CNC và giá kệ Ngoài ra, trong lĩnh vực năng lượng, nhôm định hình còn được sử dụng để chế tạo khung cho pin năng lượng mặt trời và tháp gió.
Nhôm định hình đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp vận tải, được sử dụng cho các trụ đèn giao thông, bệ bước ô tô, bô xe và trong nhiều loại xe tải Ngoài ra, nhôm định hình còn được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng, như làm khung cửa, trần, cầu thang, tường, vách mặt dựng và mái nhà.
Nhôm định hình sở hữu nhiều đặc điểm vượt trội, giúp nó trở nên hữu ích trong nhiều lĩnh vực Với kiểu dáng đa dạng, nhôm dễ dàng đáp ứng nhu cầu sử dụng linh hoạt của khách hàng Hơn nữa, loại nhôm này cũng rất dễ lắp ráp với các loại kính khác nhau, mang lại nhiều sự lựa chọn cho người tiêu dùng.
Nhôm định hình mang lại sự linh hoạt vượt trội, dễ dàng lắp đặt ở những không gian hạn chế Với thiết kế hiện đại và tinh tế, thanh nhôm không chỉ đảm bảo độ vững chắc mà còn chịu được tác động của gió và thời tiết khắc nghiệt Nhôm không bị biến dạng, cong vẹo hay gỉ sét, từ đó đảm bảo tuổi thọ sử dụng lâu dài cho sản phẩm.
Module cảm biến vật cản hồng ngoại (Hình 3.14)
Hình 3 11 Module cảm biến vật cản hồng ngoại
Cảm biến vật cản hồng ngoại là thiết bị thông minh có khả năng thích nghi với môi trường xung quanh Nó bao gồm một cặp truyền và nhận tia hồng ngoại, phát ra tia hồng ngoại với tần số nhất định Khi có vật cản xuất hiện trong hướng truyền, tia hồng ngoại sẽ phản xạ trở lại vào đèn thu Sau quá trình so sánh, đèn màu xanh sẽ sáng lên và đồng thời phát tín hiệu số đầu ra ở mức thấp.
Khoảng cách làm việc hiệu quả của cảm biến vật cản hồng ngoại là từ 2 đến 5 cm, với điện áp hoạt động từ 3.3V đến 5V Độ nhạy sáng của cảm biến có thể được điều chỉnh dễ dàng thông qua chiết áp, giúp việc lắp ráp và sử dụng trở nên thuận tiện hơn.
Bộ so sánh sử dụng LM393, làm việc ổn định
Điện áp làm việc: 3.3V – 5V DC.
Khi bật nguồn, đèn báo nguồn màu đỏ sáng.
Lỗ vít 3 mm, dễ dàng cố định, lắp đặt
Các mô-đun đã được so sánh điện áp ngưỡng thông qua chiết áp Khi sử dụng ở chế độ thông thường, xin vui lòng không tự ý điều chỉnh chiết áp để đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định.
3.7.3 Sơ đồ cảm biến vật cản hồng ngoại (Hình 3.7.2):
Hình 3 12 Sơ đồ cảm biến vật cản hồng ngoại
VCC: điện áp chuyển đổi từ 3.3V đến 5V (có thể được kết nối trực tiếp đến vi điều
OUT: đầu ra kỹ thuật số (0 và 1)
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM
Phần mềm INVENTOR (Hình )
Inventor cho phép kết hợp dữ liệu 2D và 3D trong một môi trường duy nhất, tạo ra hình ảnh ảo của sản phẩm cuối cùng Điều này giúp người dùng xác định hình thức, tính phù hợp và chức năng của sản phẩm trước khi tiến hành chế tạo.
- Các tính năng chính trên Inventor:
+ Hỗ trợ xây dựng mô hình 3D (Part).
+ Hỗ trợ xây dựng các bản vẽ 2D từ mô hình 3D nhanh chóng (Drawing).
+ Mô phỏng quá trình tháo lắp chi tiết (Presentation).
+ Thiết kế kim loại tấm(Sheet Metal).
+ Hỗ trợ thiết kế khuôn (Mold Design).
+ Hỗ trợ thiết kế đường ống ( Pipetube).
+ Mô phỏng chuyển động (Simulation).
+ Phân tích ứng suất (Analysis Stress and Optimize).
Quá trình nghiên cứu và ứng dụng trong thiết kế bảng vẽ với kích thước cụ thể và tổng quan mô hình là rất quan trọng Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình thiết kế mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc thực hiện các phần cơ khí.
Fritzing (Hình )
Phần mềm Fritzing là công cụ hữu ích trong việc thiết kế sơ đồ mạch điện hoàn chỉnh, hỗ trợ quá trình học tập và nghiên cứu, đặc biệt trong bối cảnh dịch bệnh hiện nay Với Fritzing, người dùng có thể nhanh chóng tạo ra sơ đồ mạch nguyên lý và sơ đồ lắp đặt, từ đó lựa chọn loại PCB phù hợp với nhu cầu thiết kế của mình.
Fritzing là ứng dụng mã nguồn mở hỗ trợ phát triển dự án mạch điện tử, được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Khoa học Ứng dụng Potsdam, Đức Phần mềm này đã mở rộng đối tượng sử dụng, phục vụ cho nghiên cứu và học tập trong lĩnh vực điện tử.
Fritzing được sử dụng trong đề tài này dùng để vẽ các sơ đồ mạch điện.
GitHub (Hình )
Do tình hình dịch bệnh phức tạp, nhóm đã quyết định sử dụng GitHub để tạo các dự án trên web, nhằm thuận tiện cho việc phân công công việc và dễ dàng chỉnh sửa mã nguồn trực tiếp trên nền tảng này.
GitHub là nền tảng quản lý dự án và phiên bản mã nguồn, hoạt động như mạng xã hội dành cho lập trình viên Người dùng có thể sao chép mã nguồn từ các kho lưu trữ (repository) và tạo tài khoản để xây dựng kho chứa riêng, từ đó dễ dàng hợp tác và phát triển dự án.
GitHub cung cấp hai phiên bản: miễn phí và trả phí Phiên bản trả phí thường được các doanh nghiệp lựa chọn để nâng cao khả năng quản lý đội ngũ và phân quyền bảo mật cho các dự án Trong khi đó, hầu hết người dùng vẫn sử dụng tài khoản miễn phí để lưu trữ mã nguồn.
Trong bối cảnh dịch bệnh hiện nay, việc tập trung làm việc cùng nhau trở nên khó khăn Do đó, việc sử dụng GitHub để tạo ra các dự án và phân công công việc cụ thể cho từng thành viên là rất cần thiết Các thành viên có thể trực tiếp lập trình và chỉnh sửa trên ứng dụng, giúp tăng cường hiệu quả làm việc nhóm.
Bluetooth RC Controller (Hình )
Hình 4 4 Giao diện phần mềm Bluetooth RC Controller
Phần mềm điều khiển Robot Car rất đơn giản và không yêu cầu thư viện phức tạp, chỉ cần hiểu bảng logic Tôi tiết kiệm thời gian bằng cách sử dụng mã nguồn có sẵn từ người khác Để điều khiển Robot Car, tôi sử dụng điện thoại thông minh kết nối với bộ điều khiển thông qua mô-đun Bluetooth HC-06.
- Sau khi cài đặt ứng dụng, phải ghép nối nó với mô-đun Bluetooth Mật khẩu để ghép nối là "1234".
Đề tài lần này tập trung vào việc sử dụng điều khiển qua Bluetooth, vì vậy phần mềm Bluetooth RC Controller là lựa chọn lý tưởng nhờ giao diện thân thiện, dễ sử dụng và hoàn toàn miễn phí Phần mềm này cho phép người dùng điều khiển thiết bị qua Bluetooth với chức năng tương tự như tay cầm điều khiển từ xa.
THIÊT KÊ
Thiết kế mô hình
Dựa trên những lý thuyết cơ bản đã học, quá trình thiết kế thi công bắt đầu với việc phác thảo mô hình sử dụng phần mềm Inventor.
- Thiết kế mô hình trên Inventor: Bản phác thảo toàn diện của mô hình (Hình 5.1):
Hình 5 1 Tổng quát mô hình
Mô hình bao gồm hai động cơ, hai bánh xe 80mm, một bánh xe xoay 360 độ, một hộp đựng phần cứng, một hộp đựng bình ắc quy cùng với bốn thanh nhôm định hình dài 20cm và bốn thanh nhôm định hình dài 30cm Các thanh nhôm được kết nối với nhau bằng các ke góc chìm L, giúp cố định cấu trúc của mô hình một cách chắc chắn.
- Thiết kế khung xe như hình (Hình 5.2):
- Thiết kế giá đỡ của khung xe (Hình 5.1.3), (Hình 5.1.4).
Hình 5 3 Giá đỡ (chiều cao)
Hình 5 4 Giá đỡ (chiều dài)
Hình 5 5 Hộp đựng linh kiện
Phần mềm thiết kế sơ đồ mạch điện Fritzing
5.2.1 Mô hình xe điều khiển bằng Bluetooth (Hình 5.6):
- Phần mềm thiết kế sơ đồ mạch điện Fritzing:
Sau khi chọn lựa các linh kiện phù hợp cho mô hình, bước tiếp theo là vẽ sơ đồ mạch điện bằng phần mềm Fritzing.
Hình 5 6 Sơ đồ mạch điện xe điều khiển
- Sơ đồ mạch điện (Hình 5.2.1) gồm: 1 Arduino Uno, 2 động cơ giảm tốc JGB37-520, 1 máy bơm DC RS385, 1 L298N (Cầu H), 1 module Bluetooth HC – 06, và nguồn cấp 12V từ pin hoặc ắc quy
- Nguyên lí đấu nối dây:
+ Bluetooth HC – 06: Lấy nguồn từ Arduino cấp cho module Bluetooth, 2 chânTXD và RXD đấu lần lượt vào chân 1 và 0 trên Arduino.
L298N yêu cầu nguồn 12V từ pin hoặc bình ắc quy để hoạt động Kết nối các chân 5, 6, 9, 10 của Arduino vào các chân in4, in3, in2, in1 của L298N Cuối cùng, gắn hai động cơ vào ngõ ra của L298N, chú ý lắp đúng chiều để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
+ Động cơ bơm: Được gắn vào chân 4 của Arduino.
+ Arduino: được cấp nguồn từ pin hoặc ắc quy của L298N và sử dụng nguồn 5V của L298N để sử dụng.
Để mô tả các thuật toán cơ bản trong lập trình, việc sử dụng Flow Chart (lưu đồ giải thuật) là rất quan trọng, vì nó giúp truyền đạt thông tin một cách ngắn gọn và hiệu quả.
Sơ đồ giải thuật (Phụ lục 2):
Lưu đồ giải thuật Arduino:
Gởi byte dữ liệu tiếp theo
Kiểm tra điều kiện Điều khiển thiết bị
- Lưu đồ giải thuật của Arduino: Giúp hiểu rõ hơn về cách truyền đạt thông tin của
Arduino về cho Bluetooth Khi arduino được cấp nguồn sẽ giao tiếp với nhau với tốc độ
Tốc độ truyền dữ liệu là 9600 baud, và hệ thống sẽ liên tục kiểm tra xem có dữ liệu mới trong bộ nhớ đệm hay không Nếu có dữ liệu, hệ thống sẽ gửi dữ liệu tiếp theo; nếu không, nó sẽ quay lại để kiểm tra bộ nhớ đệm Sau đó, điều kiện sẽ được kiểm tra và thiết bị sẽ được điều khiển trước khi quay lại bước đầu để xem xét lại bộ nhớ đệm.
Khi mở ứng dụng trên smartphone, người dùng sẽ nhận được thông báo yêu cầu bật Bluetooth Nếu Bluetooth đã được kích hoạt, người dùng cần nhập mật khẩu để tiếp tục; nếu không, ứng dụng sẽ tự động thoát Ứng dụng sẽ tìm kiếm địa chỉ MAC của thiết bị; nếu tìm thấy đúng địa chỉ, kết nối sẽ thành công, ngược lại, ứng dụng sẽ tiếp tục tìm kiếm Trong quá trình sử dụng, khi người dùng nhấn các nút trên ứng dụng, nếu thao tác đúng, đèn sẽ sáng lên, nếu không, người dùng sẽ phải thực hiện lại các thao tác.
Lưu đồ giải thuật Smartphone:
Hệ thống thông báo muốn bật Bluetoooth
Nếu là lần đầu tiên kết nối thì yêu cầu nhập mật khẩu “1234”
Từ lần thứ 2 trở đi bỏ qua bước này
Tìm địa chỉ MAC thiết bị
Màn hình điện thoại hiện “Đã kết nối” hiển thị hình tròn màu xanh
Các Button nào được click
No Đèn sáng theo Button đã được nhấn
5.2.2 Mô hình xe chạy theo line (Hình 5.7):
Hình 5 7 Sơ đồ mạch điện xe dò line, Bluetooth
Sơ đồ mạch điện bao gồm các thành phần chính như Arduino Uno, hai động cơ giảm tốc JGB37-520, máy bơm DC RS385, mạch điều khiển L298N, module Bluetooth HC-06, ba cảm biến vật cản hồng ngoại và nguồn cấp 12V từ pin hoặc ắc quy.
Nguyên lý đấu nối cho hệ thống sẽ tương tự như phần Bluetooth, nhưng cần bổ sung thêm 3 cảm biến vật cản hồng ngoại, được kết nối lần lượt vào các chân 11, 12, 13 của Arduino Hệ thống sử dụng nguồn trực tiếp từ Arduino để hoạt động.
Lưu đồ giải thuật này giúp lập trình viên nắm bắt phương hướng lập trình một cách dễ hiểu, ngắn gọn và hiệu quả cao.
Sơ đồ giải thuật (Phụ lục 3):
Lưu đồ giải thuật dò line bắt đầu bằng việc khởi tạo các cổng giao tiếp input/output và các timer Sau đó, hệ thống sẽ đọc tín hiệu từ ba cảm biến hồng ngoại và xử lý tín hiệu nhận được Nếu tín hiệu đúng, xe sẽ tiếp tục di chuyển; nếu không, hệ thống sẽ quay lại để đọc lại tín hiệu từ các cảm biến.
Và tiếp theo sẽ cài đặt tốc độ cho robot theo mong muốn sử dụng Giải thuật, tính xung cho 2 động cơ rồi quay về bước xe chuyển động.
Lưu đồ giải thuật dò line:
Khởi tạo các cổng giao tiếp IO, Timer, ngắt Đọc tín hiệu về từ cảm biến
Xử lí tín hiệu cảm biến Đúng
Xe chuyển động Set tốc độ Giải thuật, tính xung cho 2 động cơ
- Đây là chương trình con của phần Xe chuyển động sử dụng nhằm mục đích hiểu rõ được phần nội dung bên trong.
Giải thuật điều khiển xe chuyển động sử dụng hai động cơ, DCL cho bên trái và DCR cho bên phải Khi bắt đầu, nếu cả ba đèn LED của cảm biến sáng, xe sẽ chạy thẳng với tốc độ DCR = DCL Nếu xe lệch khỏi đường, khi lệch nhẹ sang trái, DCL sẽ lớn hơn DCR, và khi lệch nhiều sang trái, DCL sẽ còn lớn hơn hơn Ngược lại, nếu xe lệch nhẹ sang phải, DCL sẽ nhỏ hơn DCR, và khi lệch nhiều sang phải, DCL sẽ nhỏ hơn DCR Khi có bốn đèn LED sáng, xe sẽ tiếp tục chạy thẳng với tốc độ DCL = DCR và quay lại các giá trị ban đầu.
Lập trình và sửa đổi code của mô hình trên Github
- Sử dụng Github để có thể giao tiếp và phân công công việc cũng như trao đổi và sửa code của mô hình trên Github.
Chương trình con cho Xe chuyển động:
3 LED giữa sáng Chạy thẳng
DCL: Quay nhanh DCR: Quay chậm
Xe lệch qua trái ít Đúng
Xe lệch qua trái nhiều Đúng DCL: Quay nhanh
DCR: Quay chậm Đúng Sai
Xe lệch qua phải nhiều Đúng Sai
DCL: Quay chậm DCR: Quay nhanh
DCL: Quay chậm DCR: Quay nhanh
Xe lệch qua phải ít Đúng Sai ĐúngSai
- Đã lập trình và sau nhiều lần chỉnh sửa thì đây là đoạn code đã nhúng vào mô hình: “Xe điều khiển bằng bluetooth kết hợp dò line”.
Hình 5 8 Code xe điều khiển bằng Bluetooth kết hợp dò line (Phụ lục 1)
QUÁ TRÌNH THIÊT KÊ
Mô hình xe điều khiển bằng Bluetooth kết hợp dò line
* Các bước tiến hành làm mô hình thực tế:
Bước 1: Tiến hành mua linh kiện cần thiết (Bảng 6.1):
Tên sản phẩm Số lượng Giá thành
Giá động cơ GA25 2 20.000đ/cái
Khớp nối lục giác trục 4mm 4 15.000đ/cái
Bánh xe 80mm khớp lục giác 4 80.000đ/cái
Máy bơm dung dịch khử khuẩn 1 85.000đ/cái
Béc phun sương 2 8.000đ/cái Ống dây dẫn dung dịch 2 5.000đ/mét
Bình Ắc quy Đồng Nai 1 220.000đ/cái Động cơ giảm tốc GA25-370 2 110.000đ/cái
Cảm biến vật cản hồng ngoại 3 15.000đ/cái
Bảng 6 1 Tên và giá thành các linh kiện
- Gắn động cơ giảm tốc vào khung xe
- Gắn bánh xe vào động cơ giảm tốc
- Thiết kế và gắn giá đỡ cho xe (Hình 6.2).
- Gắn gỗ chứa đồ vật vào khung xe (Hình 6.3).
- Lắp đặt mạch và hộp bảo vệ linh kiện (Hình 6.4).
- Gắn nguồn (ắc quy) vào mô hình.
- Thiết kế và gắn hệ thống khử khuẩn cho xe bao gồm: Động cơ bơm và bình chứa
Hình 6 5 Hệ thống khử khuẩn và nguồn ắc quy
- Lắp đặt cảm biến vật cản hồng ngoại (Hình 6.6)
Hình 6 6 Cảm biến vật cản hồng ngoại
Hình 6 7 Mô hình hoàn thiện
KÊT LUẬN
Kết quả thực nghiệm
Ban đầu, do chưa có bình ắc quy, hệ thống chỉ sử dụng nguồn 5V, không đủ cung cấp cho toàn bộ mô hình Để khắc phục, chúng tôi đã sử dụng thêm nguồn từ sạc dự phòng để cấp điện cho Arduino và L298N Sau đó, bình ắc quy được kết nối với L298N, từ đó lấy nguồn từ L298N để cấp cho toàn bộ mô hình.
Ban đầu, vị trí của bình ắc quy ở đuôi xe gây khó khăn trong việc di chuyển và làm xe mất cân bằng Tuy nhiên, sau khi chuyển bình ắc quy về phía giữa, xe đã đạt được sự cân bằng và di chuyển ổn định hơn.
Cảm biến hồng ngoại cần được tinh chỉnh qua nhiều lần thử nghiệm, do đó việc kết hợp hai mã Bluetooth và dò line có thể dẫn đến trùng lệnh Điều này yêu cầu sửa đổi và hoàn thiện mã code để đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt nhất.
- Xịt khử khuẩn cài đặt cho điều khiển trên phần mềm lúc nào cần sử dụng thì bật không thì tắt, dễ xài, tiện lợi.
- Hoàn thiện mô hình đúng tiến độ, phần cơ khí được đánh giá cao về độ bền chắc, thẩm mỹ và an toàn trong quá trình thực tập.
- Phần kết nối, kiểm tra mạch còn nhiều sai sót song đã được khắc phục và kết quả kiểm tra sau khi kết nối đều hoạt động tốt.
- Robot được điều khiển và chạy bám đường ổn định, bám vạch chính xác chạy đúng với thuật toán yêu cầu và hoàn thành tốt nhiệm vụ.
- Thể hiện được khả năng hoàn toàn tự động của mô hình, hoạt động theo chương trình đã lập trình.
Ưu điểm
Mạch điều khiển hoạt động ổn định, với phần cứng và phần mềm tương thích, cùng với các thiết bị bổ sung giúp phát triển mô hình dễ dàng hơn.
- Giao diện điều khiển và giám sát dễ sử dụng, thân thiện người dùng
- Mô hình hệ thống có độ chính xác, tính an toàn và dễ dàng thao tác với người dùng.
- Phù hợp cho các hệ thống điện trong phòng học, hộ gia đình
Mô hình hoạt động ổn định và có khả năng làm việc liên tục, đáp ứng 100% yêu cầu ban đầu Người dùng có thể thao tác một cách đơn giản và dễ sử dụng.
- Bên cạnh đó giá thành linh kiện ngoài thi trường dễ dàng tiềm kiếm.
- Không gây ô nhiễm, sủ dụng pin và có thể sạc tái sử dụng.
- Mô hình do sử dụng kết nối bằng bluetooth nên không thể điều khiển xe đi xa quá 20 mét.
Quá trình thực hiện đề tài “ROBOT HỖ TRỢ Y TẾ” đã giúp chúng em củng cố kiến thức đã học và mở rộng hiểu biết về nhiều khía cạnh mới Chúng em đã nâng cao kỹ năng chuyên môn, bao gồm thiết kế và bố trí linh kiện trên mạch Qua đó, chúng em có khả năng tự đánh giá năng lực bản thân và khắc phục những thiếu sót trong kiến thức của mình.
Trong quá trình thực hiện đồ án, chúng em không chỉ phát triển kỹ năng làm việc nhóm mà còn rèn luyện khả năng làm việc độc lập Chúng em đã biết cách sắp xếp và phân chia công việc hiệu quả, từ đó nâng cao tinh thần đoàn kết trong học tập Bên cạnh đó, việc mua sắm và chuẩn bị linh kiện đã giúp chúng em cải thiện kỹ năng giao tiếp và hiểu biết về giá cả thị trường linh kiện điện tử cả trong và ngoài nước.
Kết luận
Quá trình thực hiện đề tài "ROBOT HỖ TRỢ Y TẾ" đã giúp chúng em củng cố kiến thức đã học và mở rộng hiểu biết về nhiều lĩnh vực mới Chúng em nâng cao kỹ năng chuyên môn, bao gồm thiết kế và bố trí linh kiện trên mạch, từ đó tự đánh giá năng lực bản thân và khắc phục những thiếu sót trong kiến thức của mình.
Trong quá trình thực hiện đồ án, chúng em không chỉ phát triển kỹ năng làm việc nhóm, mà còn học cách sắp xếp và chia công việc để nâng cao hiệu quả hoàn thành Đồng thời, chúng em cũng rèn luyện kỹ năng làm việc độc lập và giao tiếp Đặc biệt, việc mua sắm và chuẩn bị linh kiện giúp chúng em tiếp cận thị trường, từ đó hiểu biết hơn về giá cả linh kiện điện tử trong và ngoài nước, đồng thời nâng cao tinh thần đoàn kết trong học tập.