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
Nguyễn Hữu Phước

MSSV: 15141254

Võ Thanh Phong

MSSV: 15141242

Chuyên ngành:

Kỹ thuật Điện - Điện tử

Mã ngành:

141




 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:

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Thầy Hà A Thồi

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Nội dung
- Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án, tiến
hành chọn đồ án.
- GVHD tiến hành xét duyệt đề tài.
- Viết đề cương
- Viết lịch trình làm đề tài
-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...
-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...
- Tìm hiểu về giao tiếp giữa các module và thiết bị.

Tuần 5
(25/3 – 31/3)

- Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức năng
các khối.
- Tính toán thiết kế khối nguồn

Xác nhận
GVHD


Tuần 6
(1/4 – 7/4)



Tuần 12

- Làm slide báo cáo và báo cáo đề tài.

(13/6 – 19/6)

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

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

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 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


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.


sẽ phát ra âm thanh và hiện thị dòng chữ phát hiện kim loại lên trên màn hình. Đồng thời ở
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Trang 1


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

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.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Trang 3


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,

 Sử dụng sau khi hoàn tất các công đoạn hoặc trước khi đóng gói sản phẩm.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Trang 5


CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 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.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH



CƠ SỞ LÝ THUYẾT

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.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Trang 8


CƠ SỞ LÝ THUYẾT

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

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

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

Trang 10