Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công Robot đánh trống trong trường học

Chia sẻ: Xylitol Extra | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:99

Thêm vào BST

Báo xấu

108
lượt xem 24
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung chính của đề tài là thiết kế Robot đánh trống tự động, trong đó: sử dụng board STM32F407VG làm vi điều khiển của khối điều khiển trung tâm. Ứng dụng truyền nhận và giám sát dữ liệu trên Firebase, điều khiển thông qua App điện thoại. Hiển thị và điều khiển trên màn hình cảm ứng. Điều chỉnh thời gian và nhịp điệu đánh trống thông qua phần mềm. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công Robot đánh trống trong trường học

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT ĐÁNH TRỐNG TRƯỜNG HỌC GVHD: ThS Phan Vân Hoàn SVTH: Trần Trung Nam MSSV: 15141216 Nguyễn Gia Hậu MSSV: 15141155 Tp. Hồ Chí Minh - 7/2019
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 3 tháng 7 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Trung Nam MSSV: 15141216 Nguyễn Gia Hậu MSSV: 15141155 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử - Truyền thông Mã ngành: 52510302 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2015 Lớp: 15141DT1B I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT ĐÁNH TRỐNG TRONG TRƯỜNG HỌC. II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: - Nguyễn Đình Phú, Giáo trình Thực Hành Vi Điều Khiển – ARM STM32, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh, 2014. - Phan Vân Hoàn, Giáo trình Vi Điều Khiển Nâng Cao, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh. 2. Nội dung thực hiện: - Hoạt động của các vi điều khiển, màn hình cảm ứng. - Cách thức tạo ra một ứng dụng di động chạy trên nền tảng hệ điều hành Android. - Tìm hiểu về thời gian thực. - Các ngôn ngữ lập trình, thiết kế. - Tìm hiểu về hoạt động của động cơ cũng như các vật liệu về cơ khí. ii
- Xây dựng mô hình Robot đánh trống. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/2/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/6/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Phan Vân Hoàn CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iii
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 3 tháng 7 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Trần Trung Nam Lớp: 15141DT1B MSSV: 15141216 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Gia Hậu Lớp: 15141DT1B MSSV: 15141155 Tên đề tài: ROBOT ĐÁNH TRỐNG TRONG TRƯỜNG HỌC. Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD Tuần 1 - Gặp GVHD nhận đề tài. Từ 18/2/2019 - Viết đề cương chi tiết. đến 24/2/2019 Tuần 2 -Tìm hiểu các đề tài đã nghiên cứu liên quan về Từ 25/2/2019 robot đánh trống trường học. đến 3/3/2019 Tuần 3 -Gặp GVHD để báo cáo hướng thực hiện đề tài. Từ 4/3/2019 đến 10/3/2019 Tuần 4 - Tìm hiểu về cơ cấu đánh trống và thiết kế Từ 11/3/2019 khung Robot. đến 17/3/2019 iv
Tuần 5 -Báo cáo tiến độ với GVHD. Từ 18/3/2019 -Vẽ mô phỏng cơ cấu, mua thiết bị để gia công đến 24/3/2019 cơ khí. -Tìm hiểu giao tiếp giữa STM32F407 với màn hình cảm ứng, ESP8266. Tuần 6 -Báo cáo tiến độ với GVHD. Từ 25/3/2019 -Lập trình giao tiếp giữa STM32F07 với động đến 31/3/2019 cơ bước và màn hình cảm ứng. Tuần 7 -Báo cáo tiến độ với GVHD. Từ 1/4/2019 -Thiết kế giao diện cho màn hình cảm ứng và thi đến 7/4/2019 công khung Robot. Tuần 8 - Báo cáo tiến độ với GVHD. Từ 8/4/2019 - Tìm hiểu điều khiển màn hình bằng cảm ứng. đến 14/4/2019 -Giao tiếp Module ESP8266. Tuần 9 -Tiếp tục điều khiển màn hình bằng cảm ứng. Từ 15/4/2019 - Giao tiếp giữa ESP8266 với Firbase.trình giao đến 21/4/2019 diện bán hàng hoàn chỉnh. Tuần 10 - Viết App trên điện thoại. Từ 22/4/2019 - Điều khiển động cơ đánh trống theo nhịp.. đến 28/4/2019 Tuần 11 -Giao tiếp giữa STM32F407 với ESP8266 và Từ 29/4/2019 App trên điện thoại. đến 5/5/2019 - Thi công đế gác trống. Tuần 12 - Báo cáo tiến độ với GVHD. Từ 6/5/2019 -Chỉnh sửa phần điều khiển cảm ứng và giao đến 12/5/2019 diện điều khiển. - Chỉnh sửa giao diện App. Tuần 13 -Chỉnh sửa điều khiển đánh trống. Từ 13/5/2019 -Viết báo cáo đến 19/5/2019 - Hoàn thành khung robot và lắp ráp mô hình. v
Tuần 14 -Chạy thử nghiệm và khắc phục lỗi. Từ 20/5/2019 - Viết báo cáo. đến 26/5/2019 Tuần 15 -Báo cáo tiến độ với GVHD. Từ 27/5/2019 - Kiểm tra hoạt động của toàn hệ thống. đến 2/6/2019 Tuần 16 -Khắc phục lỗi hệ thống. Từ 3/6/2019 -Quay video clip hướng dẫn. đến 9/6/2019 Tuần 17 -Hoàn thiện báo cáo, chuẩn bị gặp GVPB và bảo Từ 10/6/2019 vệ. đến 16/6/2019 GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) vi
LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do nhóm 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 Trần Trung Nam Nguyễn Gia Hậu vii
LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thành đề tài này, nhóm sinh viên thực hiện xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã hướng dẫn, truyền đạt kiến thức cho nhóm trong suốt quá trình học tập. Đặc biệt, nhóm xin chân thành cảm ơn Thầy Phan Vân Hoàn đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp. Nhóm xin được phép gửi đến thầy lòng biết ơn, lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất. Bên cạnh đó, nhóm cũng xin cảm ơn các anh, chị khóa trước cũng như các bạn sinh viên trong lớp 15141DT1B đã nhiệt tình đóng góp ý kiến và chia sẻ kinh nghiệm, cảm ơn gia đình đã tạo điều kiện, động viên, chia sẻ và tiếp thêm động lực để giúp nhóm có thể hoàn thành đề tài này. Cuối cùng, dù đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt ra đảm bảo thời hạn nhưng do kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Trần Trung Nam Nguyễn Gia Hậu viii
MỤC LỤC TRANG BÌA .....................................................................................................................i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................................ii LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .....................................................iv LỜI CAM ĐOAN ..........................................................................................................vii LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. viii MỤC LỤC .......................................................................................................................ix LIỆT KÊ HÌNH VẼ .......................................................................................................xii LIỆT KÊ BẢNG ...........................................................................................................xvi TÓM TẮT ................................................................................................................... xvii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.......................................................................................... 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ: ......................................................................................................... 1 1.2. MỤC TIÊU................................................................................................................ 1 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..................................................................................... 1 1.4. GIỚI HẠN ................................................................................................................. 2 1.5. BỐ CỤC .................................................................................................................... 2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................. 3 2.1. GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN STM32F4VG: ........................................................ 3 2.1.1. Giới thiệu: .............................................................................................................. 3 2.1.2. Thông số kỹ thuật: .................................................................................................. 3 2.2. ESP8266 VÀ MODULE NODEMCU v1.0 .............................................................. 4 2.2.1. Giới thiệu ESP8266 ................................................................................................ 4 2.2.2. Thông số kỹ thuật ................................................................................................... 5 2.2.3. Chức năng của module ESP8266 ........................................................................... 5 2.2.4. NodeMCU v1.0 ...................................................................................................... 6 2.3. MODULE ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TB6600 ........................................................ 7 2.3.1 Giới thiệu: ............................................................................................................... 7 2.3.2 Thông số kỹ thuật: ................................................................................................... 8 2.3.3 Cài đặt và ghép nối:................................................................................................. 8 ix
2.4. ĐỘNG CƠ BƯỚC .................................................................................................... 9 2.4.1 Giới thiệu................................................................................................................. 9 2.4.2. Các loại động cơ bước.......................................................................................... 10 2.4.3. Cách điều khiển động cơ bước ............................................................................. 12 2.5 MÀN HÌNH CẢM ỨNG ......................................................................................... 13 2.5.1. Giới thiệu.............................................................................................................. 13 2.5.2. Thông số kỹ thuật: ................................................................................................ 13 2.6. CHUẨN GIAO TIẾP UART .................................................................................. 13 2.6.1. Giới thiệu.............................................................................................................. 13 2.6.2. Các thông số cơ bản của chuẩn truyền ................................................................. 15 2.7. GOOGLE FIREBASE ............................................................................................ 15 2.7.1. Giới thiệu.............................................................................................................. 15 2.7.2. Các chức năng chính của Google Firebase .......................................................... 16 2.7.3. Những lợi ích từ Google ...................................................................................... 16 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .............................................................. 18 3.1. GIỚI THIỆU: .......................................................................................................... 18 3.2. YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG: .......................................................... 18 3.2.1. Yêu cầu của hệ thống: .......................................................................................... 18 3.2.2. Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối:...................................................................... 18 3.2.3. Hoạt động của hệ thống: ...................................................................................... 19 3.3. THIẾT KẾ: .............................................................................................................. 19 3.3.1. Khối điều khiển trung tâm chính: ........................................................................ 19 3.3.2. Khối giao tiếp WiFi:............................................................................................. 21 3.3.3. Khối công suất: .................................................................................................... 23 3.3.4. Khối động cơ: ....................................................................................................... 24 3.3.5. Khối điều khiển và hiển thị: ................................................................................. 26 3.3.6. Khối nguồn: .......................................................................................................... 28 3.3.7. Khối Firebase - app Android:............................................................................... 31 3.4. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TOÀN MẠCH: .................................................................. 32 3.4.1. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch: ................................................................................. 32 3.4.2. Giải thích sơ đồ: ................................................................................................... 32 3.5. THIẾT KẾ KHUNG ROBOT: ................................................................................ 32 x
3.5.1. Khung máy: .......................................................................................................... 32 3.5.2. Các vật liệu khác: ................................................................................................. 33 CHƯƠNG 4: THI CÔNG ............................................................................................ 36 4.1. GIỚI THIỆU ............................................................................................................ 36 4.2. THI CÔNG BO MẠCH .......................................................................................... 36 4.2.1 Thi công bo mạch: ................................................................................................. 36 4.2.2. Lắp ráp và kiểm tra: ............................................................................................. 38 4.3. ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH: ............................................................... 41 4.3.1. Đóng gói bộ điều khiển: ...................................................................................... 41 4.3.2. Thi công mô hình: ................................................................................................ 41 4.4. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ....................................................................................... 45 4.4.1. Lưu đồ giải thuật ................................................................................................. 45 4.4.2 Phần mềm lập trình: ............................................................................................ 50 4.5. VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC: .................................. 65 4.5.1. Viết tài liệu hướng dẫn ......................................................................................... 65 4.5.2. Quy tắc thao tác ................................................................................................... 72 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN ...................................................................... 73 5.1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC: ........................................................................................ 73 5.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM: .................................................................................. 73 5.2.1 Mô hình sản phẩm: ................................................................................................ 73 5.2.2 Khởi động hệ thống: .............................................................................................. 74 5.2.3 Quan sát thời gian: ................................................................................................ 74 5.2.4 Đánh trống:............................................................................................................ 75 5.3 NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ: .................................................................................... 77 5.3.1 Nhận xét: ............................................................................................................... 77 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .......................................... 80 6.1 KẾT LUẬN ............................................................................................................. 80 6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN: ......................................................................................... 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... xviii xi
LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1 Kit STM32F407VG .......................................................................................... 3 Hình 2.2 Module NodeMCU ESP8266 ............................................................................ 5 Hình 2.3 Sơ đồ chân board NodeMCU v1.0 .................................................................... 7 Hình 2.4 Module TB6600 ................................................................................................ 7 Hình 2.5 Động cơ bước đơn cực .................................................................................... 10 Hình 2.6 Động cơ bước lưỡng cực ................................................................................. 11 Hình 2.7 Hình dây động cơ ............................................................................................ 12 Hình 2.8 Truyền dữ liệu UART ..................................................................................... 14 Hình 2.9 Hệ thống CSDL Realtime của Firebase .......................................................... 15 Hình 2.10 Tạo Project mới trong Firebase .................................................................... 16 Hình 3.1 Sơ đồ khối ....................................................................................................... 18 Hình 3.2 Sơ đồ của STM32F407VG…………………………………………………. 20 Hình 3.3 Module ESP8266 ............................................................................................ 22 Hình 3.4 Giao tiếp ESP8266 với STM32F407VG......................................................... 22 Hình 3.5 Module TB6600 .............................................................................................. 23 Hình 3.6 Kết nối của module TB6600 với STM32F407VGT6 ..................................... 24 Hình 3.7 Động cơ bước 57HS11240A4D8 .................................................................... 25 Hình 3.8 Kết nối động cơ với Module TB6600 ............................................................. 25 Hình 3.9 Màn hình cảm ứng .......................................................................................... 27 Hình 3.10 Giao tiếp màn hình cảm ứng với STM32F407VGT6 ................................... 28 Hình 3.11 Nguồn tổ ông 24V-5A ................................................................................... 29 Hình 3.12 Nguồn Adapter 12V-2A. ............................................................................... 30 Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ........................................................................... 32 Hình 3.15 Cơ chế đòn bẫy.............................................................................................. 33 Hình 3.16 Khung máy .................................................................................................... 33 Hình 3.17 Thép hộp........................................................................................................ 34 Hình 3.18 Ống thép liền mạch ....................................................................................... 34 Hình 3.19 Vòng bi và gói đỡ .......................................................................................... 35 Hình 3.20 Lò xo kéo....................................................................................................... 35 xii
Hình 3.21 Giá đỡ cho động cơ bước để cố định động cơ với khung máy. .................... 35 Hình 4.1 Sơ đồ bố trí linh kiện của mạch nguồn. .......................................................... 36 Hình 4.2 Sơ đồ mạch in lớp dưới của mạch nguồn. ....................................................... 37 Hình 4.3 Sơ đồ bố trí linh kiện của mạch điều khiển, giao tiếp và hiển thị. .................. 37 Hình 4.4 Sơ đồ mạch in lớp dưới của mạch điều khiển, giao tiếp và hiển thị. .............. 38 Hình 4.5 Mặt trên của mạch nguồn. ............................................................................... 39 Hình 4.6 Mặt dưới của mạch nguồn. .............................................................................. 39 Hình 4.7 Mặt trên của mạch điều khiển, giao tiếp và hiển thị. ...................................... 40 Hình 4.8 Mặt dưới của mạch điều khiển, giao tiếp và hiển thị. ..................................... 40 Hình 4.9 Bộ điều khiển được gắn lên tấm Formex ........................................................ 41 Hình 4.10 Mô hình khi vẽ .............................................................................................. 41 Hình 4.11 Gia công khung robot .................................................................................... 42 Hình 4.12 Gia công đế gác trống. .................................................................................. 43 Hình 4.13 Khung Robot sau khi được gắn các thiết bị. ................................................. 43 Hình 4.14 Khung Robot sau khi được gia công hoàn chỉnh. ......................................... 44 Hình 4.15 Hình thi công hoàn chỉnh. ............................................................................. 45 Hình 4.16 Lưu đồ thuật toán chương trình..................................................................... 46 Hình 4.17 Lưu đồ thuật toán điều khiển bằng màn hình................................................ 47 Hình 4.18 Lưu đồ thuật toán điều khiển bằng điện thoại. .............................................. 48 Hình 4.19 Lưu đồ đọc dữ liệu từ Firebase. .................................................................... 49 Hình 4.20 Lưu đồ xử lý dữ liệu. ..................................................................................... 49 Hình 4.21 Lưu đồ thuật toán điều khiển động cơ. ......................................................... 49 Hình 4.22 Phần mềm STM32CubeMX.......................................................................... 50 Hình 4.23 Tạo Project. ................................................................................................... 51 Hình 4.24 Chọn ngoại vi. ............................................................................................... 51 Hình 4.25 Điều chỉnh xung nhịp. ................................................................................... 52 Hình 4.26 Cấu hình ngoại vi .......................................................................................... 53 Hình 4.27 Xuất mã nguồn .............................................................................................. 53 Hình 4.28 Phần mềm Keil C Unision 5 ......................................................................... 54 Hình 4.29 Tạo Project Keil C ......................................................................................... 54 Hình 4.30 Đặt tên cho project. ....................................................................................... 55 Hình 4.31 Chọn chip ...................................................................................................... 55 xiii
Hình 4.32 Chọn CMSIS. ................................................................................................ 56 Hình 4.33 Copy thư viện. ............................................................................................... 56 Hình 4.34 Tạo thêm Folder User.................................................................................... 57 Hình 4.35 Cài đặt project ............................................................................................... 57 Hình 4.36 Chuyển sang task C/C++............................................................................... 58 Hình 4.37 Trỏ tất cả đường dẫn tới folder chưa file ...................................................... 58 Hình 4.38 Cài đặt mạch nạp. .......................................................................................... 59 Hình 4.39 Tạo file main.c .............................................................................................. 59 Hình 4.40 Lưu file main.c .............................................................................................. 60 Hình 4.41 Phần mềm Android studio............................................................................. 60 Hình 4.42 Tạo Project Android Studio .......................................................................... 61 Hình 4.43 Chọn Phone and Tablet ................................................................................. 61 Hình 4.44 Chọn Activity ................................................................................................ 62 Hình 4.45 Nhập tên cho Activity ................................................................................... 62 Hình 4.46 Tạo thành công project .................................................................................. 63 Hình 4.47 Đăng ký tài khoản Firebase ........................................................................... 63 Hình 4.48 Tạo project trên Frebase ................................................................................ 64 Hình 4.49 Điền thông tin tạo project.............................................................................. 64 Hình 4.50 Giao diện sau khi tạo project......................................................................... 64 Hình 4.51 Tạo Database cho project .............................................................................. 65 Hình 4.52 Giao diện sau khi tạo firebase ....................................................................... 65 Hình 4.53 Giao diện trang chủ ....................................................................................... 66 Hình 4.54 Giao diện hiển thị các thông tin thời gian ..................................................... 66 Hình 4.55 Giao diện đăng nhập...................................................................................... 67 Hình 4.56 Giao diện điều khiển ..................................................................................... 68 Hình 4.57 Giao diện đăng nhập...................................................................................... 68 Hình 4.58 Đăng ký tài khoản ......................................................................................... 69 Hình 4.59 Giao diện trang chủ của app .......................................................................... 69 Hình 4.60 Giao diện giới thiệu mô hình ........................................................................ 70 Hình 4.61 Giao diện cài đặt thời gian ............................................................................ 71 Hình 4.62 Cách gửi dữ liệu lên Firebase ........................................................................ 71 Hình 4.63 Giao diện thay đổi giá trị thời gian ............................................................... 72 xiv
Hình 4.64 Hình 4.63 Lưu đồ quy trình thao tác với hệ thống…………………………72 Hình 5.1 Mô hình Robot đánh trống trong trường học .................................................. 73 Hình 5. 2 Màn hình khi cấp nguồn. ................................................................................ 74 Hình 5.3 App Android khi mới mở lên. ......................................................................... 74 Hình 5.4 Giao diện chuyển sang quan sát thời gian. ...................................................... 75 Hình 5.5 Giao diện điện thoại hiển thị giờ chỉnh ........................................................... 75 Hình 5.6 Giao diện chuyển sang trang cài đặt thời gian ................................................ 76 Hình 5.7 Giao diện chỉnh và cài đặt thời gian trên App Android. ................................. 76 Hình 5.8 Robot đánh trống khi đúng thời gian .............................................................. 77 xv
LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang Bảng 2.1 Cách vào chế độ Boot của NodeMCU ................................................... 6 Bảng 2.2 Cài đặt cường độ dòng điện .................................................................... 8 Bảng 2.3 Cài đặt vi bước cho driver ...................................................................... 9 Bảng 3.1 Danh sách các thiết bị để thiết kế mạch nguồn. ................................... 31 Bảng 4.1: Bảng thống kê số linh kiện sử dụng. ................................................... 39 Bảng 5.1 Số liệu giám sát thực tế......................................................................... 79 xvi
TÓM TẮT Cùng những tiêu chí phát triển của xã hội, chúng ta nhận thấy rằng việc áp dụng rộng rãi các khoa học - kỹ thuật vào đời sống con người đem lại hiệu quả và lợi ích vô cùng lớn về mặt thời gian, hiệu suất công việc. Trong nhà trường cũng thế, cần những công cụ hỗ trợ để nâng cao hiệu quả giảng dạy. Với tính cấp thiết và tầm quan trọng việc ứng dụng khoa học kỹ thuật và hiện đại hóa trong môi trường học tập, Robot đánh trống tự động đã được một số nơi áp dụng vào trường học. Bên cạnh đó mô hình này vẫn chưa được áp dụng rộng rãi và vẫn có thể cải tiến thêm và đây là lý do mà nhóm thực hiện lựa chọn đề tài này. Nội dung chính của đề tài là thiết kế Robot đánh trống tự động, trong đó: - Sử dụng board STM32F407VG làm vi điều khiển của khối điều khiển trung tâm. - Ứng dụng truyền nhận và giám sát dữ liệu trên Firebase, điều khiển thông qua App điện thoại. - Hiển thị và điều khiển trên màn hình cảm ứng. - Điều chỉnh thời gian và nhịp điệu đánh trống thông qua phần mềm. xvii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: Xã hội con người ngày một phát triển, bên cạnh đó các ngành khoa học - kỹ thuật cũng không ngừng đi đến những thành công mới. Nhiều công trình khoa học, những phát minh của các nhà khoa học đã đi vào cuộc sống, phục vụ lợi ích của con người. Ngày nay các công việc của con người dần được thay thế bằng máy móc tự động hóa, Robot được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, những nơi có môi trường độc hại, nguy hiểm và các công việc hằng ngày của con người. Cùng những tiêu chí phát triển của xã hội chúng ta nhận thấy rằng cần áp dụng rộng rãi hơn các khoa học - kỹ thuật vào đời sống con người. Trong nhà trường cũng thế, ngoài việc giảng dạy được áp dụng những trang thiết bị tiên tiến như máy chiếu, tivi giúp hỗ trợ tối đa cho công tác giảng dạy, trong thi cử thì có thể áp dụng trong việc ra đề thi, chấm thi trắc nghiệm, điểm danh của giáo viên cũng như học sinh thông qua hệ thống quét vân tay… Với tính cấp thiết và tầm quan trọng việc ứng dụng khoa học kỹ thuật, nhóm chúng em quyết định ứng dụng tự động hóa vào trong môi trường giảng dạy, cụ thể là tự động hóa việc đánh trống bằng một robot đánh trống. Được sự quan tâm, tạo điều kiện của lãnh đạo nhà trường cùng với sự hướng dẫn tận tình của giáo viên. Nhóm chúng em đã tìm hiểu, nghiên cứu và chế tạo thành công “Robot đánh trống trong trường học” và được giao đề tài này làm đề tài tốt nghiệp. 1.2 MỤC TIÊU Mục tiêu nghiên cứu của đề tài bao gồm các vấn đề sau:  Xây dựng mô hình Robot đánh trống.  Hoạt động của các vi điều khiển, màn hình cảm ứng.  Cách thức tạo ra một ứng dụng di động chạy trên nền tảng hệ điều hành Android.  Tìm hiểu về thời gian thực.  Các ngôn ngữ lập trình, thiết kế.  Tìm hiểu về hoạt động của động cơ cũng như các vật liệu về cơ khí. 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu của đề tài bao gồm:  Vi điều khiển STM32_F407VG, ESP8266.  Màn hình WS-C LCD cảm ứng điện dung I2C.  Động cơ bước DC 3NM. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN  Cách thức hoạt động của công cụ thiết kế ứng dụng trên Android studio.  Thiết kế giao diện và các ngôn ngữ hỗ trợ.  Trao đổi dữ liệu giữa App, màn hình cảm ứng và phần cứng của mô hình. 1.4 GIỚI HẠN Phạm vi nghiên cứu của đề tài gồm có:  Nghiên cứu và xây dựng mô hình Robot đánh trống (đa số ở các trưởng tiểu học và trung học) với tính năng đặt lịch đánh trống (có thể đặt giờ, phút, ngày tháng, năm) và thay đổi chế độ đánh trống theo buổi học.  Điều khiển đánh trống dựa trên cơ chế đòn bẫy, momen lực động cơ kéo < 3NM.  Xây dựng ứng dụng giám sát, điều khiển trên hệ điều hành Android và màn hình cảm ứng.  Trao đổi dữ liệu giữa CSDL và các thiết bị phần cứng thông qua module WiFi ESP8266 Node MCU. 1.5 BỐ CỤC: Bố cục của đồ án được trình bày thành 5 phần như sau: Chương 1: Tổng quan: Trong chương này, nhóm thực hiện đề tài trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu, về mạng Wifi. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết: Giới thiệu về sơ lược về STM32, mạng Wifi, module ESP8266 Node MCU, chuẩn giao tiếp UART, hệ quản trị CSDL, các ngôn ngữ để thiết kế lập trình và thiết kế giao diện. Chương 3: Thiết kế và thi công: Trong chương này, nhóm thực hiện đề tài sẽ đưa ra các yêu cầu khi thiết kế, các thiết kế về phần cứng và phần mềm. Chương 4: Kết quả thi công: Đưa ra kết quả mà nhóm đạt được, số liệu, hình ảnh hệ thống sau khi thi công. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển: Đưa ra kết luận và hướng phát triển của đề tài. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN STM32F4VG: 2.1.1 Giới thiệu: Kit phát triển STM32F407VG ARM Cortex-M4 sử dụng Vi điều khiển STM32F407 là loại được sử dụng ở rất nhiều trường đại học hiện nay trong giảng dạy vi điều khiển ARM, kit có thiết kế ra chân đầy đủ với các ngoại vi cơ bản: USB, MicroSD, Flash, Pin RTC...và cổng nạp chuẩn Jtag tích hợp, kit có giá thành phải chăng, là sự lựa chọn hợp lý cho các bạn mới bắt đầu tìm hiểu về dòng STM32F4 đầy mạnh mẽ. Hình 2.1 Kit STM32F407VG 2.1.2 Thông số kỹ thuật:  Bộ nhớ Flash lên tới 1 Mbyte.  192 + 4 Kbyte SRAM bao gồm RAM dữ liệu 64-Kbyte CCM (bộ nhớ kết hợp lõi).  Bộ điều khiển bộ nhớ tĩnh linh hoạt hỗ trợ các bộ nhớ Compact Flash, SRAM, PSRAM, NOR và NAND.  Giao diện song song LCD, chế độ 8080/6800.  Cung cấp ứng dụng 1.8V đến 3.6V và I /O.  POR, PDR, PVD và BOR.  Bộ tạo dao động tinh thể 4 đến 26 MHz.  RC cắt bên trong nhà máy 16 MHz (độ chính xác 1%). BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3