Đề tài: Thiết kế robot đánh trống trong trường học, HAY, 9đ

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

ii
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: 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.

iii
- 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

iv
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
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.
Tuần/ngày Nội dung
Xác nhận
GVHD
Tuần 1
Từ 18/2/2019
đến 24/2/2019
- Gặp GVHD nhận đề tài.
- Viết đề cương chi tiết.
Tuần 2
Từ 25/2/2019
đến 3/3/2019
-Tìm hiểu các đề tài đã nghiên cứu liên quan về
robot đánh trống trường học.
Tuần 3
Từ 4/3/2019
đến 10/3/2019
-Gặp GVHD để báo cáo hướng thực hiện đề tài.
Tuần 4
Từ 11/3/2019
đến 17/3/2019
- Tìm hiểu về cơ cấu đánh trống và thiết kế
khung Robot.

v
Tuần 5
Từ 18/3/2019
đến 24/3/2019
-Báo cáo tiến độ với GVHD.
-Vẽ mô phỏng cơ cấu, mua thiết bị để gia công
cơ khí.
-Tìm hiểu giao tiếp giữa STM32F407 với màn
hình cảm ứng, ESP8266.
Tuần 6
Từ 25/3/2019
đến 31/3/2019
-Lập trình giao tiếp giữa STM32F07 với động
cơ bước và màn hình cảm ứng.
Tuần 7
Từ 1/4/2019
đến 7/4/2019
-Thiết kế giao diện cho màn hình cảm ứng và thi
công khung Robot.
Tuần 8
Từ 8/4/2019
đến 14/4/2019
- Báo cáo tiến độ với GVHD.
- Tìm hiểu điều khiển màn hình bằng cảm ứng.
-Giao tiếp Module ESP8266.
Tuần 9
Từ 15/4/2019
đến 21/4/2019
-Tiếp tục điều khiển màn hình bằng cảm ứng.
- Giao tiếp giữa ESP8266 với Firbase.trình giao
diện bán hàng hoàn chỉnh.
Tuần 10
Từ 22/4/2019
đến 28/4/2019
- Viết App trên điện thoại.
- Điều khiển động cơ đánh trống theo nhịp..
Tuần 11
Từ 29/4/2019
đến 5/5/2019
-Giao tiếp giữa STM32F407 với ESP8266 và
App trên điện thoại.
- Thi công đế gác trống.
Tuần 12
Từ 6/5/2019
đến 12/5/2019
- Báo cáo tiến độ với GVHD.
-Chỉnh sửa phần điều khiển cảm ứng và giao
diện điều khiển.
- Chỉnh sửa giao diện App.
Tuần 13
Từ 13/5/2019
đến 19/5/2019
-Chỉnh sửa điều khiển đánh trống.
-Viết báo cáo
- Hoàn thành khung robot và lắp ráp mô hình.

vi
Tuần 14
Từ 20/5/2019
đến 26/5/2019
-Chạy thử nghiệm và khắc phục lỗi.
- Viết báo cáo.
Tuần 15
Từ 27/5/2019
đến 2/6/2019
- Kiểm tra hoạt động của toàn hệ thống.
Tuần 16
Từ 3/6/2019
đến 9/6/2019
-Khắc phục lỗi hệ thống.
-Quay video clip hướng dẫn.
Tuần 17
Từ 10/6/2019
đến 16/6/2019
-Hoàn thiện báo cáo, chuẩn bị gặp GVPB và bảo
vệ.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

vii
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

viii
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

ix
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

x
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

xi
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

xii
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

xiii
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

xiv
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

xv
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

xvi
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

xvii
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.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
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.

 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.

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%).

 Dao động 32 kHz cho RTC với hiệu chuẩn RC 32 kHz bên trong có hiệu
chuẩn.
 Chế độ ngủ, dừng và chờ.
 𝑉𝐵𝐴𝑇 cung cấp cho RTC, các thanh ghi dự phòng 20 × 32 bit + SRAM
sao lưu 4 KB tùy chọn.
 Bộ chuyển đổi A/D 3 × 12 bit, 2.4 MSPS: tối đa 24 kênh và 7.2 MSPS ở
chế độ ba xen kẽ.
 Bộ chuyển đổi D/A 2 × 12 bit DMA đa năng: Bộ điều khiển.
 DMA 16 luồng với hỗ trợ FIFO và hỗ trợ cụm.
 Lên đến 17 bộ định thời: tối đa 12 bộ định thời 16 bit và 2 bộ định thời
32 bit lên đến 168 MHz, mỗi bộ có tối đa 4 IC / OC / PWM hoặc bộ đếm
xung.
 140 cổng I/O với khả năng ngắt.
 136 I/O nhanh lên đến 84 MHz.
 Giao diện lên tới 3 × I 2 C (SMBus / PMBus)
 4 USART / UART (10,5 Mbit / s, giao diện ISO 7816, LIN, IrDA, điều
khiển modem).
 3 SPI (42 Mbits/giây), 2 với I2S song công hoàn chỉnh để đạt được độ
chính xác của lớp âm thanh thông qua PLL âm thanh bên trong hoặc
đồng hồ bên ngoài.
 Giao diện 2 × CAN (Hoạt động 2.0B).
 Giao diện SDIO.
 Giao diện camera song song 8- đến 14 bit lên tới 54 Mbyte/s.
 Trình tạo số ngẫu nhiên thực.
 Đơn vị tính CRC ID duy nhất 96 bit.
 RTC: độ chính xác cao.
2.2 ESP8266 VÀ MODULE NODEMCU v1.0
2.2.1 Giới thiệu ESP8266
ESP là viết tắt của Electronic Stability Program nghĩa là hệ thống cân bằng điện
tử. Module ESP8266 là một module với bộ xử lý 32 bit, dựa trên giao thức TCP/IP, là
một chip tích hợp được thiết kế dùng cho chuẩn kết nối mới. Có thể lưu trữ ứng dụng
hoặc xử lý các kết nối WiFi từ bộ xử lý tích hợp trên chip, có khả năng tạo kết nối giống
như một máy chủ hoặc một cầu nối trung gian và có thể download dữ liệu từ Internet.

Hình 2.2 Module NodeMCU ESP8266
Đây là module truyền nhận WiFi đơn giản dựa trên chip ESP8266 SoC (System
on Chip) của hãng Espressif. Module ESP8266 V1 thường được sử dụng cho các ứng
dụng IoT (Internet of Things). Module này đã được nạp sẵn firmware giúp người dùng
giao tiếp với wifi rất dễ dàng qua tập lệnh AT thông qua giao tiếp UART (baudrate mặc
định 9600) quen thuộc.
2.2.2 Thông số kỹ thuật
 Module ESP8266 có các thông số kỹ thuật như sau:
 Hỗ trợ chuẩn 802.11 n/g/n.
 Điện áp hoạt động 3.3v.
 Wifi 2.4 Ghz, hỗ trợ WPA/WPA2.
 Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART với tốc độ Baud lên đến115200 Có 3 chế
độ hoạt động: Client, Access Point, Both (Client and Access Point).
 Hỗ trợ các chuẩn bảo mật như: OPEN, WEP, WPA_PSK, WPA2_PSK,
WPA WPA2_PSK. Hỗ trợ cả 2 giao tiếp TCP và UDP
 Làm việc như 1 Access Point có thể kết nối với 5 Device. Công suất đầu
ra 19.5dBm ở chế độ 802.11b.
 Tích hợp giao thức TCP / IP stack.
2.2.3 Chức năng của module ESP8266
 Module ESP8266 có các chức năng chính như sau:
 Hỗ trợ chuẩn 802.11 n/g/n.
 Điện áp hoạt động 3.3v.
 Wifi 2.4 Ghz, hỗ trợ WPA/WPA2.
 Chuẩn giao tiếp UART với tốc độ Baud lên đến 115200.

 Giao thức TCP, UDP.
 Có ba chế độ hoạt động: Client/Acesspoint, Both.
 Hỗ trợ các chuẩn bảo mật như: WEP, WPA_PSK, WPA2_PSK.
ESP8266 là một chip tích hợp cao, được thiết kế cho nhu cầu của một thế giới kết
nối mới, thế giới Internet of thing (Iot). Nó cung cấp một giải pháp kết nối mạng Wi-Fi
đầy đủ và khép kín, cho phép nó có thể lưu trữ các ứng dụng hoặc để giảm tải tất cả các
chức năng kết nối mạng Wi-Fi từ một bộ xử lý ứng dụng. Ngoài ra, ESP8266 khả năng
xử lý và lưu trữ mạnh mẽ cho phép nó được tích hợp với các bộ cảm biến, vi điều khiển
và các thiết bị ứng dụng cụ thể khác thông qua GPIOs (General Purpose Input Output)
với một chi phí tối thiểu và một PCB (Printed Circuit Board) tối thiểu.
2.2.4 NodeMCU v1.0
NodeMCU Wifi v1.0 là kit phát triển dựa trên nền chip Wifi SoC.
ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử dụng trực tiếp trình biên
dịch của Arduino để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng và lập trình các
ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản.
*Thông số kỹ thuật:
 9 chân GPIO.
 1 chân ADC.
 1 giao tiếp UART.
 1 giao tiếp SPI và hỗ trợ PWM.
 Tích hợp 2 nút nhấn.
 IC CH340 chuyển đổi USB -UART.
 IC chính: ESP8266 Wifi SoC.
 Chip nạp và giao tiếp UART: CH340G.
 Cấp nguồn: 5VDC MicroUSB hoặc V-in.
 GPIO giao tiếp mức 3.3VDC.
 Tích hợp Led báo trạng thái, nút Reset, Flash.
 Tương thích hoàn toàn với trình biên dịch Arduino.
Bảng 2.1 Cách vào chế độ Boot của NodeMCU
MTDO
(GPIO15)
GPIO0 GPIO2 Mode Mô tả
L L H AURT Download code qua UART

L H H Flash Boot from SPI Flash
H x x SDIO Boot from SD – card
Hình 2.3 Sơ đồ chân board NodeMCU v1.0
2.3 MODULE ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TB6600
2.3.1 Giới thiệu:
Hình 2.4 Module TB6600
Module sử dụng IC TB6600HQ/HG cho khả năng điều khiển động cơ bước 2 pha
với công suất tối đa lên 40V 4A. Driver có thiết kế vỏ hộp kim loai chắc chắn, chống
nhiễu cùng với tản nhiệt lớn cho hoạt động ổn định. Ứng dụng trong làm máy như CNC,
Laser hay các máy tự động khác.

 Nguồn đầu vào là 9V - 42V.
 Dòng cấp tối đa là 4A.
 Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao.
 Có tích hợp đo quá dòng quá áp.
 Cân nặng: 200G.
 Kích thước: 96 * 71 * 37mm.
2.3.3 Cài đặt và ghép nối:
 DC+: Nối với nguồn điện từ 9 - 40VDC.
 DC-: Điện áp (-) âm của nguồn.
 A+ và A -: Nối vào cặp cuộn dây của động cơ bước.
 B+ và B-: Nối với cặp cuộn dây còn lại của động cơ.
 PUL+: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (+5V) từ BOB cho M6600.
 PUL-: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-) từ BOB cho M6600.
 DIR+: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (+5V) từ BOB cho M6600.
 DIR-: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-) từ BOB cho M6600.
 ENA+ và ENA -: khi cấp tín hiệu cho cặp này động cơ sẽ không có lực
momen giữ và quay nữa.
 Có thể đấu tín hiệu dương (+) chung hoặc tín hiệu âm (-) chung.
Bảng 2.2 Cài đặt cường độ dòng điện
I(A) SW4 SW5 SW6
4.0 1 1 1
3.5 0 1 1
3.0 1 0 1
2.5 0 0 1
2.0 1 1 0
1.5 0 1 0

Bảng 2.3 Cài đặt vi bước cho driver
Micro Pulse/rev Sw1 Sw2 Sw3
OFF 0 0 0 0
1 200 0 0 1
1/2A 400 0 1 0
1/2B 400 0 1 1
1/4 800 1 0 0
1/8 1600 1 0 1
1/16 3200 1 1 0
OFF 0 1 1 1
2.4 ĐỘNG CƠ BƯỚC
2.4.1 Giới thiệu
Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với
đa số các loại động cơ điện thông thường.
Động cơ bước thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu
điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay
hoặc các chuyển động của roto và có khả năng cố định roto vào những vị trí cần thiết.
Động cơ bước làm việc được là nhờ có bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều
khiển vào stato theo một thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của roto tương
ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của roto, phụ thuộc
vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi. Khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây stato
(phần ứng) của động cơ bước thì roto (phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một góc nhất
định, góc ấy là một bước quay của động cơ. Khi các xung điện áp đặt vào các cuộn dây
1.0 1 0 0
0.5 0 0 0

phần ứng thay đổi liên tục thì roto sẽ quay liên tục (nhưng thực chất chuyển động đó vẫn
là theo các bước rời rạc).
2.4.2 Các loại động cơ bước
Phân loại theo rotor của động cơ bước:
 Động cơ bước có rotor được tác động bằng dây quấn hoặc nam châm vĩnh
cửu.
 Động cơ bước có rotor không được tác động nhưng có phần từ cảm ứng,
phản kháng – còn gọi là động cơ bước thay đổi từ trở.
 Động cơ bước có cấu tạo rotor kết hợp cả 2 loại trên.
Động cơ bước có nhiều loại như động cơ biến trở từ, động cơ đơn cực, động cơ
lưỡng cực:
Động cơ bước đơn cực, có thể bao gồm cả động cơ bước loại nam châm vĩnh cửu
hoặc động cơ bước loại hỗn hợp. Nhưng ở các cuộn dây luôn có đầu trung tâm được nối
ra từ chính giữa mỗi cuộn dây.
Hình 2.5 Động cơ bước đơn cực
Động cơ bước lưỡng cực, có thể bao gồm cả động cơ bước loại nam châm vĩnh
cửu hoặc động cơ bước loại biến từ trở. Nhưng ở các cuộn dây sẽ không có đầu dây nối
ra từ trung tâm.

Hình 2.6 Động cơ bước lưỡng cực
Phân loại theo số pha của động cơ bước:
 Động cơ bước 2 pha, là loại động cơ bước 4 dây, động cơ bước 6 dây
hoặc động cơ bước 8 dây.
 Động cơ bước 3 pha, là loại động cơ bước 3 dây hoặc động cơ bước 4
dây.
 Động cơ bước 5 pha, là loại động cơ bước có 5 dây hoặc động cơ
bước 10 dây.
Về step thì có loại là 0.36°/step, loại 0.72°/step và thông dụng nhất là loại
1.8°/step. Tức là 200 step sẽ được 1 vòng.
Trên thị trường chúng ta hay gặp nhất là động cơ đơn cực và lưỡng cực. Khi đi
mua thì hay gặp động cơ 4 dây, 5 dây, 6 dây, 8 dây. Trong đó 4 dây và 6 dây là gặp
thường xuyên nhất. Dưới đây là sơ đồ dây của hãng Oriental:

Hình 2.7 Hình dây động cơ
2.4.3 Cách điều khiển động cơ bước
Động cơ bước có nhiều cách điều khiển. Có thể điều khiển các dây trực tiếp qua
4 cổng qua MCU thông qua Driver đệm công suất. Cách này hơi phức tạp một chút, cần
phải hiểu rõ bên trong động cơ và thường chỉ điều khiển được full bước.
Cách thông dụng nhất là dùng các IC chuyên dụng điều khiển động cơ bước. Các
IC hay gặp nhất là TB6560, TB6600, L297, A4988, DRV8825, MA860H [10] …
Mỗi một loại động cơ bước sẽ có đặc tuyến khác nhau, vì vậy cách điều khiển sẽ
khác nhau. Tùy thuộc vào lực kéo (moment) và tốc độ quay yêu cầu mà ta có thể dùng
các cách điều khiển sau đây:
- Trường hợp động cơ bước chỉ cần chạy ở tốc độ thấp: sử dụng phương pháp
điều khiển cấp điện áp trực tiếp, chính nội trở cuộn dây của động cơ sẽ tạo ra
một dòng điện và giới hạn dòng điện này phụ thuộc vào điện áp cấp trực tiếp
cho động cơ bước.
- Trường hợp động cơ bước chạy ở tốc độ cao: nếu tiếp tục sử dụng phương
pháp cấp điện áp trực tiếp thì lực kéo (moment) sẽ bị giảm nghiêm trọng vì
đặc tuyến cảm của cuộn dây sẽ kìm hãm khả năng của dòng điện.

Một thực tế ở cách điều khiển động cơ bước bằng cách cấp điện trực tiếp sẽ làm
cho động cơ và mạch điều khiển động cơ bước rất nóng. Trường hợp cần cải thiện và
nâng cao hiệu suất của động cơ ở tốc độ thấp và cần tăng tốc độ cao thì nên sử dụng
phương pháp điều khiển băm xung. Cách điều khiển động cơ bước dựa vào băm xung
nhằm duy trì tần số không đổi, theo nguyên tắc duy trì dòng điện qua các cuộn dây của
động cơ không đổi với mọi cấp độ. Cách điều khiển này còn gọi là điều khiển theo dòng
điện. Thực tế điều khiển cho thấy, cách điều khiển động cơ bước bằng cách băm xung
sẽ giúp cho động cơ bước chạy mạnh hơn, êm hơn, và ít nóng hơn.
2.5 MÀN HÌNH CẢM ỨNG
Màn hình HMI UART cảm ứng điện dung 7 inch được phát triển với mục đích
giúp người sử dụng có thể thiết kế các giao diện điều khiển và hiển thị (GUI) trên màn
cảm ứng 1 cách dễ dàng và trực quan nhất. Các điểm mạnh về tính năng:
 Giao tiếp UART, với chỉ 2 dây tín hiệu (TX, RX) rất dễ dàng giao tiếp và
điều khiển.
 Phần phểm thiết kế giao diện trên máy tính trực quan và dễ sử dụng, giao
tiếp với màn hình qua giao tiếp UART
 Có bộ nhớ lưu trữ và xử lý hình ảnh, tích hợp khe thẻ nhớ, nên giảm thiểu
được hầu hết các tác vụ về xử lý hình cho mạch điều khiển trung tâm, chỉ
truyền về trung tâm các dữ liệu thao tác cảm ứng.
 Thiết kế cảm ứng điện trở giúp dễ dàng thao tác khi mang găng tay trong
môi trường lao động.
 Mạch có chất lượng gia công tốt, độ bền cao.
 Màn hình HMI 7 inch cảm ứng điện dung.
 Giao tiếp UART mức TTL (3 - 5VDC).
 Cấp nguồn 5VDC.
 Có phần mềm thiết kế giao diện đi kèm.
 Có bộ nhớ lưu trữ và xử lý hình ảnh.
2.6 CHUẨN GIAO TIẾP UART
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.
Hình 2.8 Truyền dữ liệu UART
UART của PC hỗ trợ cả hai kiểu giao tiếp là giao tiếp đồng thời và giao tiếp không
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 (không kép) 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 sẽ 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 hiệu
điều khiển như RTS, CTS, DTR, DCR, RT và CD. Để thuận tiện, các chương trình gửi
và nhận dữ liệu trong định dạng không đồng bộ đơn giản hơn. PC và nhiều vi xử lý khác
có một bộ phận gọi là UART (universal asynchronous receiver/transmitter: truyền /nhận
không đồng bộ chung) vì thế có thể vận dụng phần lớn những chi tiết truyền và nhận dữ
liệu. Trong PC, hệ điều hành và ngôn ngữ lập trình hỗ trợ cho lập trình liên kết nối tiếp
mà không cần phải hiểu rõ chi tiết cấu trúc UART. Để mở liên kết, ứng dụng lựa chọn
một tần số dữ liệu hoặc là thiết lập khác hoặc cho phép truyền thông tại các cổng. Để gửi
1 byte, ứng dụng ghi byte này vào bộ đệm truyền của cổng được lựa chọn, và UART gửi
dữ liệu này, từng bit một, trong định dạng yêu cầu, thêm bit Start, bit Stop, bit chẵn lẻ
khi cần. Trong một cách đơn giản, byte nhận được tự động được lưu trữ trong bộ đệm.
UART có thể dùng nhanh một ngắt để báo cho CPU và các ứng dụng biết dữ liệu đang
nhận được và các sự kiện khác. Một vài vi điều khiển không bao gồm UART, và thỉnh
thoảng bạn cần nhiều hơn các UART mà vi xử lý có. Trong trường hợp này, có 2 lựa
chọn: thêm UART ngoài, hoặc mô phỏng UART trong mã chương trình. Basic Stamp
của Parallax là một ví dụ của chip với một UART bổ sung trong mã chương trình. UART
là một thiết bị đơn giản hỗ trợ tốt cả hai0 kiểu truyền thông đồng bộ và không đồng bộ.

2.6.2 Các thông số cơ bản của chuẩn truyền
Baud rate (tốc độ Baud): Khi truyền nhận không đồng bộ để hai module hiểu được
nhau thì cần quy định một khoảng thời gian cho 1 bit truyền nhận, nghĩa là trước khi
truyền thì tốc độ phải được cài đặt đầu tiên. Theo định nghĩa thì tốc độ baud là số bit
truyền trong một giây.
Frame (khung truyền): Do kiểu truyền thông nối tiếp này rất dễ mất dữ liệu nên
ngoài tốc độ, khung truyền cũng được cài đặt từ ban đầu để giảm bớt sự mất mát dữ liệu
này. Khung truyền quy định số bit trong mỗi lần truyền, các bit thông báo như start, stop,
các bit kiểm tra như parity, và số bit trong một data.
Bit Start: Là bit bắt đầu trong khung truyền. Bit này nhằm mục đích báo cho thiết
bị nhận biết quá trình truyền bắt đầu. Trên AVR bit Start có trạng thái là 0.
Data: Dữ liệu cần truyền data không nhất thiết phải 8 bit có thể là 5, 6, 7, 8, 9.
Trong UART bit LSB được truyền đi trước, bit MSB được truyền đi sau.
Parity bit: Là bit kiểm tra dữ liệu. Có 2 loại parity: chẵn (even parity), lẻ (old
parity). Parity chẵn là bit parity thêm vào để số số 1 trong data + parity = chẵn. Parity lẻ
là bit parity thêm vào để số số 1 trong data + parity = lẻ. Bit parity là không bắt buộc nên
có thể dùng hoặc không.
2.7 GOOGLE FIREBASE
Google Firebase là một dịch vụ cơ sở dữ liệu thời gian thực hoạt động trên nền
tảng đám mây được cung cấp bởi Google nhằm giúp lập trình phát triển nhanh các ứng
dụng bằng cách đơn giản hóa các thao tác với cơ sở dữ liệu.
Hình 2.9 Hệ thống CSDL Realtime của Firebase

2.7.2 Các chức năng chính của Google Firebase
Với Google Firebase, bạn có thể tạo ra các ứng dụng chat như Yahoo Message
của ngày xưa hoặc như Facebook, Messager của ngày nay trong thời gian cực ngắn như
khoảng một ngày thậm chí là vài giờ bởi đơn giản là bạn chỉ cần lo phần client còn phần
server và database đã có firebase lo. Firebase là sự kết hợp giữa nền tảng cloud với hệ
thống máy chủ cực kì mạnh mẽ tới từ Google, để cung cấp cho chúng ta những API đơn
giản, mạnh mẽ và đa nền tảng trong việc quản lý, sử dụng database. Cụ thể hơn Google
Firebase cung cấp tới chúng ta những chức năng chính sau:
 Realtime Database – Cơ sở dữ liệu thời gian.
 Firebase Authentication – Hệ thống xác thực của Firebase.
 Firebase Hosting – Tạo tên miền.
Hình 2.10 Tạo Project mới trong Firebase
2.7.3 Những lợi ích từ Google
 Triển khai ứng dụng nhanh: Với Firebase bạn có thể giảm bớt rất nhiều thời
gian cho việc viết các dòng code để quản lý và đồng bộ cơ sở dữ liệu, mọi việc
sẽ diễn ra hoàn toàn tự động với các API của Firebase. Không chỉ có vậy
Firebase còn hỗ trợ đa nền tảng nên bạn sẽ càng đỡ mất thời gian rất nhiều khi
ứng dụng bạn muốn xây dựng là ứng dụng đa nền tảng. Không chỉ nhanh
chóng trong việc xây dựng database, Google Firebase còn giúp ta đơn giản
hóa quá trình đăng kí và đăng nhập vào ứng dụng bằng các sử dụng hệ thống
xác thực do chính Firebase cung cấp.
 Bảo mật Firebase hoạt động dựa trên nền tảng cloud và thực hiện kết nối thông
qua giao thức bảo mật SSL, chính vì vậy bạn sẽ bớt lo lắng rất nhiều về việc
bảo mật của dữ liệu cũng như đường truyền giữa client và server. Không chỉ
có vậy, việc cho phép phân quyền người dùng database bằng cú pháp javascipt

cũng nâng cao hơn nhiều độ bảo mật cho ứng dụng của bạn, bởi chỉ những
user mà bạn cho phép mới có thể có quyền chỉnh sửa cơ sở dữ liệu.
 Tính linh hoạt và khả năng mở rộng: Sử dụng Firebase sẽ giúp bạn dễ dàng
hơn rất nhiều mỗi khi cần nâng cấp hay mở rộng dịch vụ. Ngoài ra firebase
còn cho phép bạn tự xây dựng server của riêng mình để bạn có thể thuận tiện
hơn trong quá trình quản lý.
 Sự ổn định: Firebase hoạt động dựa trên nền tảng cloud đến từ Google vì vậy
hầu như bạn không bao giờ phải lo lắng về việc sập server, tấn công mạng như
DDOS, tốc độ kết nối lúc nhanh lúc chậm nữa bởi đơn giản là Firebase hoạt
động trên hệ thống server của Google. Hơn nữa nhờ hoạt động trên nền tảng
Cloud nên việc nâng cấp, bảo trì server cũng diễn ra rất đơn giản mà không
cần phải dừng server để nâng cấp như truyền thống.
 Giá thành Google Firebase có rất nhiều gói dịch vụ với các mức dung lượng
lưu trữ cũng như băng thông khác nhau với mức giá dao động từ Free đến
$500 đủ để đáp ứng được nhu cầu của tất cả các đối tượng. Chính vì vậy bạn
có thể lựa chọn gói dịch vụ phù hợp nhất với nhu cầu của mình. Điều này giúp
bạn tới ưu hóa được vốn đầu tư và vận hành của mình tùy theo số lượng người
sử dụng. Ngoài ra còn không mất chi phí để bảo trì, nâng cấp, khắc phục các
sự cố bởi vì những điều này đã có Firebase hỗ trợ.

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.1. GIỚI THIỆU:
Trong chương này, trình bày về cách tính toán, sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý của
các board mạnh của hệ thống: mạch điều khiển, giao tiếp, hiển thị và mạch nguồn.
3.2 YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG:
3.2.1 Yêu cầu của hệ thống:
Hệ thống có các chức năng sau:
o Đặt lịch đánh trống trên màn hình cảm ứng.
o Đặt lịch đánh trống trên app Android.
o Chỉnh tốc độ quay động cơ bằng TB6600.
o Giám sát hoạt động thông qua app Android.
o Xây dựng giao diện app Android và màn hình cảm ứng:
 Trang đăng nhập: hiển thị các thông tin người dùng.
 Trang điều khiển: hiển thị thời gian và thiết lập thời gian.
3.2.2 Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối:
Hình 3.1 Sơ đồ khối

Chức năng từng khối:
Khối điều khiển trung tâm: Nhận dữ liệu từ khối ESP8266 và khối màn hình cảm
ứng tiến hành xử lý rồi đưa ra lệnh điều khiển đến khối động cơ, gửi các dữ liệu cần thiết
lên CSDL theo thời gian thực (Realtime) trên Firebase. Đồng thời nhận lệnh điều khiển
từ app Android của người dùng.
Khối Module TB6600 nhận tín hiệu từ khối điều khiển trung tâm, đệm dòng để
điều khiển động cơ.
Khối động cơ: nhận tín hiệu từ khối module TB6600 để hoạt động.
Khối Firebase – App Android: Nhận dữ liệu và lưu trữ vào CSDL Realtime
Firebase. Truyền nhận dữ liệu với khối xử lý trung tâm thông qua app Android.
Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho các khối hoạt động.
Khối màn hình cảm ứng thiết lập thời gian để gửi dữ liệu cho khối điều khiển
trung tâm.
Khối ESP8266: khối trung gian để trao đổi dữ liệu giữa khối Firebase App
Android và khối điều khiển trung tâm.
3.2.3 Hoạt động của hệ thống:
Khi hệ thống được cấp nguồn hệ thống sẽ hoạt động theo trình tự như sau:
 Bước 1: Khi được cấp nguồn toàn bộ hệ thống sẽ khởi động và sẽ chờ tín
hiệu từ khối điều khiển trung tâm.
 Bước 2: Khối điều khiển trung bắt đầu tìm và kết nối với Wifi, sau đó tiến
hành kết nối với Realtime database.
 Bước 3: Khối điều khiển trung tâm đọc dữ liệu từ khối màn hình cảm ứng
cũng như thông tin về khối động cơ và cập nhật lên Realtime database.
 Bước 4: Khi nhận được dữ liệu mới các khối Realtime database cập nhật,
xử lý và hiển thị trên giao diện trên app Android.
 Bước 5: Khối điều khiển trung tâm tiến hành đọc dữ liệu từ app Android
sau đó xử lý và đưa ra lệnh điều khiển cho khối động cơ thực thi.
3.3 THIẾT KẾ:
3.3.1 Khối điều khiển trung tâm chính:
Về thiết bị phần cứng, chúng ta có rất nhiều sự lựa chọn vi điều khiển phù hợp
với mức độ muốn tìm hiểu và khả năng của mình. Hiện nay, tập trung chủ yếu vào các
loại như PIC, AT mega, AVR, ARM…

Trong đó ARM có những ưu điểm để nhóm chọn làm được xây dựng theo kiểu
cấu trúc mở: quy trình xử lý các thuật toán hiệu quả hơn để bảo vệ CPU không bị quá
tải, tiết kiệm bộ nhớ và năng lượng:
 Thumb ® -2 - Cải thiện đáng kể mật độ code.
 DSP - Xử lý tín hiệu trực tiếp trong lõi RISC.
 Jazelle ® - Java tăng tốc; TrustZone ®.
 Môi trường phần cứng/phần mềm được bảo mật tối đa.
o Bộ xử lý: Thông qua những ứng dụng mạnh mẽ và đa năng, các vi xử lý
chạy từ 1MHz đến1 GHz có cải tiến về cấu trúc nên mang lại hiệu năng xử
lý cao trong các ứng dụng Multimedia và Java.
o Công cụ lựa chọn (Tools of choice): Bộ vi xử lý ARM có phạm vi ứng
dụng rộng rải nhất vì luôn có sẵn các Tools hỗ trợ phần cứng và phần mềm
cho bất kỳ cấu trúc 32-bit nào.
o Tiêu thụ điện năng thấp: Các giải pháp dùng vi xử lý ARM luôn tiêu thụ
thấp nhất điện năng trong ngành công nghiệp và MIPS mỗi Watt. Điều này
cho phép pin chạy lâu hơn với các tính năng rất tiên tiến.
o Chi phí silicon thấp: Bộ xử lý ARM và các sản phẩm IP khác làm cho việc
sử dụng silicon và bộ nhớ hiệu quả hơn để tương thích với của các thiết bị
không dây. Các đặc tính của cấu trúc như công nghệ lõi Thumb và Thumb-
2 làm giảm kích thước code, tối thiểu footprint và chi phí của silicon.
o Hỗ trợ rộng khắp: ARM là cấu trúc vi xử lý được luôn có được sự hỗ trợ
tốt nhất. Vì có một loạt các hệ điều hành OS, Middleware và Tools đáp
ứng sự lựa chọn phong phú của các giải pháp multimedia codec đã được
tối ưu hóa cho bộ vi xử lý ARM, tất cả đều có sẵn trong ARM Connected
Community.
Bên cạnh việc xử lý dữ liệu từ màn hình cảm ứng, khối xử lý trung tâm còn phải
đảm bảo giao tiếp được với Wifi để có thể trao đổi dữ liệu với CSDL. Một trong những
linh kiện đặc thù đảm nhiệm vai trò Wireless hiện nay tại thị trường Việt Nam đó là
ESP8266. Tuy nhiên với số lượng module cần giao tiếp cũng như điều khiển phần động
cơ thì các dòng sản phẩm của ARM rất phổ biến hiện nay với các mã nguồn, thư viện
phong phú. Tiêu biểu cho dòng vi điều khiển này là board STM32F407VGT6.
Với những đặc điểm thuận lợi trên nhóm thực hiện quyết định chọn board
NodeMCU v1.0 để đảm nhiệm chức năng trao đổi dữ liệu giữa khối điều khiển trung
tâm và app Android để điều khiển động cơ cho đề tài của mình.

Hình 3.2 Sơ đồ của STM32F407VG
3.3.2 Khối giao tiếp WiFi:
Khối này có nhiệm vụ nhận dữ liệu từ app Android và truyển cho khối điều khiển
trung tâm thông qua UART.
Nhóm đã chọn ESP8266 để giao tiếp mới những tính năng nổi trội: Là kit phát
triển dựa trên nền chíp Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ dàng sửa dụng vì tích hợp sẵn
mạch nạp sử dụng chíp CP2102 trên board. Bên trong ESP8266 có sẵn một lõi vi xử lý
vì thế bạn có thể trực tiếp lập trình cho ESP8266 mà không cần thêm bất kì con vi xử lý
nào nữa.
o Các lệnh cấu hình hoạt động của chip: Cho phép các bạn có thể kiểm tra trạng
thái hoạt động, thực hiện reset chip, đọc thông tin firmware version, hoặc cấu hình
thông số UART, Sleep mode v.v….
o Các lệnh xác lập thông tin mạng Wifi: Hỗ trợ các lệnh như chế độ hoạt động
(Station, AP, AP+ station), đọc các danh sách các mạng Wifi xung quanh, cấu
hình thông tin mạng Wifi sẽ kết nối, hoặc cấu hình DHCP, WPS, MDNS, smart
config, … Đa phần các cấu hình liên quan đến Wifi đều được hỗ trợ đầy đủ cho
các nhu cầu sử dụng thông thường cho đến nâng cao.

o Các tập lệnh cấu hình TCP/IP: cho phép cấu hình TCP, UDP, SSL, các lệnh Ping,
cấu hình timeout cho truyền dữ liệu, DNS, … Phần này hỗ trợ chủ yếu cho truyền
nhận data.
Hình 3.3 Module ESP8266
 IC chính ESP8266 Wifi SoC
 Chip nạp CP2102.
 Nguồn cấp 5VDC.
 GPIO giao tiếp mức logic 3.3V.
Giao tiếp với ESP8266 qua chuẩn UART nên chỉ cần kết nối 2 tín hiệu TX/RX
và 2 dây nguồn (VCC, GND).
Hình 3.4 Giao tiếp ESP8266 với STM32F407VG
 Hai chân 3.3V và GND để cấp nguồn cho ESP8266.
 Hai chân TX, RX để truyền nhận dữ liệu giữa STM32F407VG với ESP8266.

3.3.3 Khối công suất:
Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước
nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học. Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển
mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định.
Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và
tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.
Mỗi động cơ bước sẽ có một thống cứng quan trọng, do nhóm sử dụng động cơ
có số step là 200, 4.2A nên điều khiển ổn định đã chọn module TB6600 để điều khiển.
Khối này là mạch điều khiển động cơ bước, TB6600 sử dụng IC TB6600HQ/HG,
dùng cho các loại động cơ bước: 42/57/86 2 pha hoặc 4 dây có dòng tải là 4A/42VDC.
Ứng dụng trong làm máy như CNC, Laser hay các máy tự động khác
Hình 3.5 Module TB6600
 Dòng vào: 0~5A.
 Dòng ra: 0.5~4A.
 Tín hiệu điều khiể: 3.3~24V.
 Công suất max: 160W.
 Micro Step: 1, 2/A, 2/B, 4, 8, 16, 32.
 Khối lượng: 200g.
 Kích thước: 96 * 71 * 37 mm.

Hình 3.6 Kết nối của module TB6600 với STM32F407VGT6
Giải thích sơ đồ:
 GND, VCC: Dùng để cấp nguồn 24VDC.
 𝐴+
, 𝐴−
, 𝐵+
, 𝐵−
: Kết nối 2 cặp cực của Module TB6600 với động cơ bước
để điều khiển.
 𝐸𝑁𝐴−
, 𝐷𝐼𝑅−
, 𝑃𝑈𝐿−
: Kết nối với GND.
 𝐸𝑁𝐴+
∶ Chân cho phép động cơ hoạt động. Kết nối với chân PE3 của
STM32F407VG.
 𝐷𝐼𝑅+
∶ Chân cho phép động cơ quay thuận, ngịch. Kết nối với chân PE2
của STM32F407VG.
 𝑃𝑈𝐿+
∶ Chân điều khiển cho động cơ hoạt động. Kết nối với chân PE4 của
STM32F407VG.
3.3.4 Khối động cơ:
Khối này nhận tín hiệu điều khiển từ bộ xử lý trung tâm thông qua module
TB6600 để tạo momen lực làm chuyển động cánh tay robot.
Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước
nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học. Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển
mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định.
Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và
tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi. Và nhóm
cần động cơ có momen lực 3N trở lên nên nhóm đã chọn SUMTOR 57HS11240A4D8.

Hình 3.7 Động cơ bước 57HS11240A4D8
 Dòng điện 4.2A
 Kích thước: Động cơ Dài 112mm
 Rộng 57mm
 Đường kính trục 8mm để tạo momen quay
Hình 3.8 Kết nối động cơ với Module TB6600
 GND, VCC: Dùng để cấp nguồn 24VDC.
 𝐴+
, 𝐴−
, 𝐵+
, 𝐵−
: Kết nối 2 cặp cực của Module TB6600 với động cơ bước
để điều khiển.

3.3.5 Khối điều khiển và hiển thị:
Khối này giúp hiển thị và người sử dụng có thể cài đặt thời gian sau đó gửi dữ
liệu tới khối điều khiển trung tâm để điều khiển động cơ.
Thường sử dụng hai loại màn hình cảm ứng điện dung và cảm ứng điện trở:
 Cảm ứng điện trở là công nghệ cảm ứng dựa trên áp lực của tay, bút cảm
ứng hay bất kì vật nhọn nào tác động lên màn hình. Cấu tạo của loại màn
hình cảm ứng này gồm một tấm kính hoặc nhựa acrylic mỏng bao phủ hai
lớp tương tác là lớp dẫn xuất điện và lớp cảm biến điện trở. Hai lớp này
được phân tách bởi một lớp đệm gồm các điểm và khoảng trống mà mắt
thường không thể nhìn thấy được. Trên bề mặt của mỗi lớp tương tác được
phủ một hợp chất gọi là ITO (oxit thiếc và Indi), dòng điện với các mức
điện thế khác nhau sẽ được truyền qua hai lớp này. Trong quá trình sử
dụng, khi có sự tác động lên màn hình, hai lớp tương tác sẽ “chạm” nhau
và mạch điện sẽ được kết nối đồng thời cường độ dòng điện chạy qua mỗi
lớp cũng sẽ thay đổi. Lớp phía trên sẽ lấy điện thế từ lớp phía dưới và
ngược lại lớp phía dưới sẽ lấy điện thế của lớp phía trên để từ đó bộ điều
khiển xác định được tọa độ xy của điểm cảm ứng.
 Màn hình cảm ứng điện dung chỉ sử dụng một lớp tương tác (lưới điện)
được bao phủ bởi một lớp dẫn xuất điện làm từ hợp chất ITO (oxit thiếc
và Indi) tạo nên một ma trận lưới các tụ điện bao phủ toàn bộ màn hình và
không có lớp đệm. Với đặc điểm này màn hình cảm ứng điện dung sẽ cho
ánh sáng đi qua nhiều hơn, lên đến 90%. Cách thức hoạt động của loại màn
hình này dựa trên sự hút điện của bàn tay khi chúng ta chạm lên màn hình.
Nó sẽ làm mất điện ở các tụ điện nơi tiếp xúc kéo theo sự thay đổi giá trị
điện dung để từ đó thiết bị điều khiển có thể nhận dạng, xác định được toạ
độ xy của điểm cảm ứng. Chính nhờ việc sử dụng thuộc tính điện năng trên
cơ thể con người mà loại màn hình này có thể “hiểu” được những thao tác
dù là rất nhẹ giúp việc cảm ứng trở nên nhẹ nhàng và dễ dàng hơn các loại
màn hình khác.
Với ưu điểm nhanh, nhạy và chính xác cao của màn hình cảm ứng điện dung,
nhóm đã chọn WS-C LCD 7inch Cảm Ứng Điện Dung I2C.

Hình 3.9 Màn hình cảm ứng
 Model: LCD 7 inch HDMI LCD cảm ứng điện dung Waveshare.
 Điện áp sử dụng: 5VDC từ cổng Micro USB.
 Ngõ vào: HDMI.
 Hỗ trợ cảm ứng điện dung và cấp nguồn 5VDC qua cổng Micro USB.
 Độ phân giải lên đến 800 x 480 Pixels.

Hình 3.10 Giao tiếp màn hình cảm ứng với STM32F407VGT6
*Chú thích:
 Dùng chuẩn FSMC để giao tiếp màn hình, chuẩn I2C để giao tiếp cảm ứng.
 Bỏ chân RST, 3V3, NC, WAT, PS, INT, NC.
 Màn hình được cấp nguồn 3.3V lấy từ ngõ ra của ESP8266.
3.3.6 Khối nguồn:
Khối này dùng để cấp nguồn cho toàn mạch hoạt động. Dùng để chỉnh lưu từ
lưới điện xoay chiều thành điện 1 chiều cung cấp cho các thiết bị điện tử. Dùng trong
các mạch ổn áp, cung cấp dòng áp đủ tranh trường hợp sụt áp, dòng ảnh hưởng tới
mạch. Hiệu quả cao, giá thành thấp.
Ngoài ra sử dụng nguồn 5V-2A để cấp cho các modue khác hoạt động.

3.3.6.1 Nguồn 24V-5A:
Do động cơ bước 3Nm SUMTOR 57HS11242A4:
- Điện áp: 24V.
- Dòng điện: 4.2A
 Chọn nguồn cấp cho động cơ 24V, 5A.
Hình 3.11 Nguồn tổ ông 24V-5A
 Điện Áp Đầu Vào: AC 220V (Chân L và N).
 Điện Áp Đầu Ra: DC 24V 5A (Chân dương V+, Chân GND: V-).
 Công Suất: 120W.
 Điện áp ra điều chỉnh: +/-10% Phạm vi điện áp đầu vào: 85 ~ 132VAC /
180 ~ 264VAC.
 Dòng vào: 2.6A / 115V 1.3A / 230V.
 Rò rỉ: <1mA / 240VAC.
 Bảo vệ quá tải Bảo vệ quá áp Bảo vệ nhiệt độ cao.
 Khả năng chống sốc: 10 ~ 500Hz, 2G 10min. / 1 chu kỳ, thời kỳ cho 60
phút mỗi trục.
 Nhiệt độ hoạt động và độ ẩm: -10 ℃ ~ + 60 ℃, 20% ~ 90% RH.
 Nhiệt độ bảo quản, nhiệt độ: -20 ℃ ~ + 85 ℃, 10% ~ 95 RH.
 Kích thước: 199 * 98 * 38 mm.
 Trọng lượng: 0.52 Kgs.
3.3.6.2 Nguồn 12V-2A:
Khối nguồn cấp cho khối điều khiển trung tâm, khối điều khiển và hiển thị, khối
giao tiếp Wifi.

Bảng 3.1 Danh sách các thiết bị để thiết kế mạch nguồn.
STT Tên thiết bị Số lượng Điện áp (V) Dòng điện (mA)
1 Board STM32F407 1 5.0 240
2 ESP8266 1 5.0 300
3 Màn hình RA8875 1 3.0 400
𝐼𝑡ổ𝑛𝑔 = 𝐼𝑆𝑇𝑀32𝐹407 + 𝐼 𝐸𝑆𝑃8266+𝐼 𝑅𝐴8875 = 240 + 300 + 400 = 940 mA.
=>𝐼 𝑛𝑔𝑢ồ𝑛 = 2𝐴
=>𝑈 𝑛𝑔𝑢ồ𝑛 = 12𝑉.
Ngõ ra của Adapter 12VDC sẽ qua mạch giảm áp sử dụng IC LM2576, hạ áp từ
12VDC thành 5VDC sẽ cấp nguồn cho Board STM32F407VG và ESP8266 hoạt động.
Trên mạch giảm áp sẽ có một Led sáng báo hiệu.
Thông số kỹ thuật của IC LM2576:
 Điện áp ngõ vào: 4.5V – 60V
 Điện áp ngõ ra: 5.0V
 Dòng điện ngõ ra: 0.2A – 3A
 Nhiệt độ hoạt động: - 45℃ - 125℃ .
Hình 3.12 Nguồn Adapter 12V-2A.
 Điện áp ngõ vào: 100V - 240V.
 Output: DC 12V 2A / 1000mA.
 Jack ngõ ra: 5.5mm x 2.1mm.
 Kích thước: 7,6 x 7,5 x 2,6 cm.

 Chiều dài cáp: 100cm.
 Adapter kết nối bên trong cực dương (+) bên ngoài âm (-).
3.3.7 Khối Firebase - app Android:
Khối này giúp truyền nhận dữ liệu giữa điện thoại và bộ điều khiển trung tâm.
Điện thoại sẽ gửi dữ liệu lên firebase, sau đó ESP sẽ gửi dữ liệu từ Firebase tới bộ điều
khiển trung tâm bằng UART.
Nhằm giúp người dùng có thể tương tác, cũng như quan sát được chế độ hoạt
động của mô hình thì nhóm đã thiết kế một ứng trên thiết bị di động sử dụng Android
Studio. Thông qua ứng dụng chúng ta có thể biết được các giá trị thời gian hiện tại và
thời gian hẹn đồng thời có thể điều chỉnh thời gian hẹn.
Hình 3.13 Giao tiếp với Firebase – App Android

3.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TOÀN MẠCH:
3.4.1 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch:
Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch
3.4.2 Giải thích sơ đồ:
- ESP8266 được cấp nguồn 5V, được vi điều khiển thực hiện điều khiển qua hai
chân TX, RX.
- Chân PA5, PA4, PA6 của vi điều khiển được kết nối với chân DIR+, ENA+,
PUL của Module TB6600 để điều khiển động cơ thông qua ngõ ra chân A+, A-,
B+, B- và Module TB6600 được cấp nguồn 24V.
- Màn hình cảm ứng được cấp nguồn 3.3V lấy từ ngõ ra của ESP8266, được điều
khiển bởi vi điều khiển thông qua chuẩn FSMC và chuẩn I2C.
- Vi điều khiển được cấp nguồn 5V để hoạt động.
3.5 THIẾT KẾ KHUNG ROBOT:
3.5.1 Khung máy:
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại khung, giàn giáo chuyên dụng để làm
mô hình với các chất liệu đa dạng từ nhựa, gỗ hay khung sắt… Do nhu cầu sử dụng hệ
thống khung linh hoạt, mô hình cũng cần độ cứng và độ bền cao cũng như phụ thuộc vào

giá cả thị trường thì nhóm đã sử dụng mô hình khung thép. Khung được làm từ thép hộp
và các động cơ bước.
Nhóm đã tự lên ý tưởng để vẽ và nhờ thợ cơ khí để gia công. Khung gồm một
động cơ bước để tạo momen lực kéo giãn lò xo, lực kéo của lò xo giúp làm chuyển động
thanh truyền ra cánh tay robot thông qua cơ chế đòn bẩy.
Hình 3.15 Cơ chế đòn bẫy
Động cơ quay sẽ tao ra momen lực M, lực F có hướng từ phải sang trái và lò xa
giãn, khi động cơ tiếp tục quay sẽ tạo ra đòn bẫy lò xo có xu hướng co lại và lực F sẽ
có hướng từ phải sang trái.
Hình 3.16 Khung máy
3.5.2 Các vật liệu khác:

Hình 3.17 Thép hộp
Thép hộp đen là loại thép hộp được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp
nhẹ và sản xuất chế tạo các đồ dùng dân dụng. Có tiết diện hình hộp, hình vuông hoặc
hình chữ nhật có tính chất bền chắc và chịu lực tốt, ít bị biến dạng hay cong vênh. Tiêu
chuẩn mạc thép này có độ bền cao, khả năng chống ăn mòn và oxi hóa khá tốt. Vì thế
nhóm đã chọn làm thành phần chính của khung máy, kích thước 30x30x1.5 mm.
Hình 3.18 Ống thép liền mạch
Thanh thép tròn liền mạch chất liệu 304, thép không gỉ màu bạc chống ăn mòn
và chống oxy hóa tốt, nhiệt độ cao chịu mài mòn dùng làm thanh truyền lực cho cánh
tay robot.

Hình 3.19 Vòng bi và gói đỡ
Vòng bi gối đỡ UCFC được chế tạo bằng hợp kim thép đặc biệt, vừa có tính
dẻo, vừa chịu được sự mài mòn cao, giãn nở nhiệt tốt. Còn vòng bi (bạc đạn) đường
kính ngoài 22mm, đường kính lỗ 8mm, chiều dày: 7mm làm bộ chuyền chuyển động.
Chúng có tác dụng giúp cánh tay robot quay theo Momen lực.
Hình 3.20 Lò xo kéo
Lò xo kéo 100mm (1.2 * 12 * 100); Đường kính dây lò xo: 1.2mm; Đường kính
lò xo: 12mm; Chiều dài phần xoắn: khoảng 77mm; tổng chiều dài: 100mm Trọng
lượng: khoảng 21 gram. Được dùng để tạo lực đánh trống của cánh tay robot.
Hình 3.21 Giá đỡ cho động cơ bước để cố định động cơ với khung máy.

CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
CHƯƠNG 4: THI CÔNG
4.1GIỚI THIỆU
Chương này trình bày quá trình thi công mạch PCB, lập trình hệ thống, lắp ráp
phần cứng và kiểm tra mạch. Quá trình thực hiện gồm hình vẽ cũng như hình ảnh thực
tế của mô hình, hình ảnh kết quả chạy mà hệ thống thực hiện được.
4.2 THI CÔNG BO MẠCH
- Mạch in được thiết kế trên phần mềm Alitum Designer 17.
- Thực hiện in mạch và tiến hành thi công bo mạch.
- Sau khi thi công sẽ dùng đồng hồ VOM để kiểm tra ngõ vào, ngõ ra để xem có lỗi
trong lúc thực hiện hay không.
4.2.1 Thi công bo mạch:
4.2.1.1 Mạch nguồn:
Sơ đồ bố trí linh kiện của mạch nguồn:
Hình 4.1 Sơ đồ bố trí linh kiện của mạch nguồn.
Sơ đồ bao gồm những linh kiện được sắp xếp như trên hình 4.1 Sơ đồ bố trí linh
kiện của mạch nguồn.
Sơ đồ thi công mạch in lớp dưới:

Hình 4.2 Sơ đồ mạch in lớp dưới của mạch nguồn.
4.2.1.2. Mạch điều khiển, giao tiếp và hiển thị:
Sơ đồ bố trí linh kiện của mạch điều khiển, giao tiếp và hiển thị:
Hình 4.3 Sơ đồ bố trí linh kiện của mạch điều khiển, giao tiếp và hiển thị.
Sơ đồ bao gồm khối điều khiển trung tâm nằm ở bên trái là Board
STM32F407VG. Ở trên bên phải chứa 2 hàng rào dùng để đặt khối giao tiếp Wifi là
Module ESP8266, Phía dưới là thanh hàng rào đực để giao tiếp với khối hiển thị là màn
hình cảm ứng RA8875.
Sơ đồ thi công mạch in lớp dưới:

Hình 4.4 Sơ đồ mạch in lớp dưới của mạch điều khiển, giao tiếp và hiển thị.
4.2.1.3. Thống kê linh kiện sử dụng trong hệ thống:
Bảng 4.1: Bảng thống kê số linh kiện sử dụng.
STT Tên linh kiện Giá trị Số lượng Chú thích
1 STM32F407VG 5V 1
2 ESP8266 5V 1
3 Nguồn tổ ong 24V – 5A 1
4 Adapter 12V 2A 1
5 LM2576 5V 1
6 Động cơ 24V 1 Động cơ bước
7 Driver TB6600 24V 1 Driver điều khiển động cơ
8 Màn hình RA8875 3V 1 Màn hình cảm ứng
9 Jack DC 1
10 LED 5V 1 Led xanh dương
11 Điện trở 220Ω 1
11 Tụ điện 5V 100uF 1
12 Tụ điện 5v 1000uF 1
13 Cuộn cảm 100uH 1
14 USB 1 USB cái
15 Diode 2A 1
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra:
- Sau khi đã hoàn thành việc vẽ mạch in, thực hiện lắp ráp linh kiện và hàn linh
kiện lên board.

- Kiểm tra mạch xem board có bị đứt hay chập mạch không. Nếu có thì tiến hành
xử lý.
4.2.2.1 Lắp ráp mạch nguồn:
Hình 4.5 Mặt trên của mạch nguồn.
Hình 4.5 trình bày lắp ráp hoàn thiện mặt trên của mạch nguồn. Gồm có Jack DC
nhận nguồn 12V từ Adapter hạ áp thành 5V thông qua IC LM2576.
Hình 4.6 Mặt dưới của mạch nguồn.
Hình 4.6 trình bày kết quả thi công mặt dưới của mạch nguồn sau khi gắn các linh
kiện và hàn các linh kiện.

4.2.2.2. Lắp ráp mạch điều khiển, giao tiếp và hiển thị:
Hình 4.7 Mặt trên của mạch điều khiển, giao tiếp và hiển thị.
Hình 4.7 trình bày lắp ráp hoàn thiện mặt trên của mạch điều khiển, giao tiếp và
hiển thị. Gồm có khối xử lý trung tâm là board STM32F407VG, khối giao tiếp Wifi là
Module ESP8266, và khối hiển thị là dây cáp kết nối với màn hình.
Hình 4.8 Mặt dưới của mạch điều khiển, giao tiếp và hiển thị.
Hình 4.8 trình bày mặt dưới của mạch điều khiển, giao tiếp và hiển thị sau khi
gắn các linh kiện và hàn các linh kiện.

4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH:
4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển:
Sau khi thi công thành công hết các mạch, nhóm tiến hành dóng gói bộ điều
khiển. Bộ điều khiển được gắn lên trên một tấm Formex có chiều dài x, chiều rộng y.
Hình 4.9 Bộ điều khiển được gắn lên tấm Formex
Bộ điều khiển được đặt trên Formex sử dụng keo nến để cố định lại. Không chỉ
cách điện mà còn có thể dễ tháo ra để sửa chửa, thay thế.
4.3.2 Thi công mô hình:
4.3.2.1 Thiết kế:
Khung robot được thiết kế bản vẽ bằng phần mềm Soliwork và được gia công
bằng sắt vuông 30x30 mm.
Hình 4.10 Mô hình khi vẽ

4.3.2.2 Gia công khung Robot:
Hình 4.11 Gia công khung robot
Khung Robot được làm bằng sắt vuông, dạng hình trụ, ở giữa dùng ổ bi và ống
sắt tròn, lò xo dùng để tạo lực đánh trống.

Hình 4.12 Gia công đế gác trống.
Đế gác trống được làm bằng sắt ống và sắt vuông, ngoài ra có 4 bánh xe, có
chức năng di chuyển hoặc là cố định đế gác trống tại một chỗ.
Hình 4.13 Khung Robot sau khi được gắn các thiết bị.
Robot sẽ được gắn những thiết bị lên như nguồn, mạch điều khiển, động cơ để
hoạt động.

Hình 4.14 Khung Robot sau khi được gia công hoàn chỉnh.
Khung robot sau khi hoàn thành sẽ như hình 4.7, bên ngoài gồm màn hình, cánh
tay được gắn ống cao su và phần bên trong gồm có các thiết bị dùng để điều khiển và
hoạt động.

Hình 4.15 Hình thi công hoàn chỉnh.
Mô hình Robot đánh trống hoàn thiện sẽ bao gồm phần khung robot, đế gác
trống và trống được sắp xếp như hình 4.15.
4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG
4.4.1 Lưu đồ giải thuật
Lưu đồ giải thuật:

Hình 4.16 Lưu đồ thuật toán chương trình.
Ban đầu khởi tạo các biến sử dụng trong chương trình, sau đó sẽ hiển thị giao diện
cũng như giá trị của dữ liệu. Tiếp theo khối xử lý trung tâm sẽ đọc giá trị thời gian thực
từ bộ RTC. Kiểm tra nếu hệ thống đang điều khiển bằng màn hình cảm ứng thì sẽ thực
thi chương trình điều khiển bằng màn hình, ngược lại thì thực thi chương trình điều khiển
bằng App.

Hình 4.17 Lưu đồ thuật toán điều khiển bằng màn hình.
Để hoạt động trước tiên cần phải khởi tạo các biến sử dụng trong chương trình.
Tiếp theo sẽ so sánh nếu giá trị thời gian cài đặt bằng với giá trị thời gian thực đang chạy
thì thực thi chương trình điều khiển động cơ, ngược lại thì sẽ điều chỉnh giá trị thời gian
trên màn hình cảm ứng, hoàn thành một chu kỳ hoạt động. Sau đó tiếp tục quay lại thực
hiện chu kỳ tiếp theo.

Hình 4.18 Lưu đồ thuật toán điều khiển bằng điện thoại.
Để hoạt động trước tiên cần phải khởi tạo các biến sử dụng trong chương trình.
Sau đó kiểm tra kết nối Wifi, nếu không có kết nối thì quay lại thực hiện việc kiểm tra
kết nối, ngược lại thì thực thi chương trình đọc dữ liệu từ Firebase, sau đó sẽ thực thi
chương trình xử lý dữ liệu. Tiếp theo sẽ so sánh nếu giá trị thời gian cài đặt bằng với giá
trị thời gian thực đang chạy thì thực thi chương trình điều khiển động cơ, ngược lại thì
sẽ điều chỉnh giá trị thời gian trên App điện thoại, hoàn thành một chu kỳ hoạt động. Sau
đó tiếp tục quay lại thực hiện chu kỳ tiếp theo.

Hình 4.19 Lưu đồ đọc dữ liệu từ Firebase.
Ban đầu khởi tạo các biến, sau đó kết nối đến Firebase. Khi điều chỉnh trên App
điện thoại, dữ liệu sẽ được đưa lên và lưu trữ trên Firebase. ESP sẽ đọc dữ liệu từ Firebase
sau đó truyền dữ liệu tới khối xử lý trung tâm bằng giao thức UART.
Hình 4.20 Lưu đồ xử lý dữ liệu.
Khối xử lý trung tâm sẽ nhận dữ liệu truyền UART từ ESP, sau đó sẽ xử lý bằng
việc tách chuỗi dữ liệu.

Hình 4.21 Lưu đồ thuật toán điều khiển động cơ.
Ban đầu khởi tạo các chân DIR, STEP, ENA ở mức thấp. Tiếp theo so sánh nếu
giây của thời gian thực nhỏ hơn giây cài thì động cơ hoạt động, ngược lại thì dừng động
cơ.
4.4.2 Phần mềm lập trình:
4.4.2.1 Phần mềm STM32CubeMX:
STM32CubeMX là một chương trình hoàn thiện giúp cho việc lập trình trên
STM32 dễ dàng.
Giúp cấu hình ngoại vi dễ dàng: Chọn các pin trên chip và chọn các tính năng
mong muốn gắn với nó. Cấu hình Middlewares (FATS, FREERTOS), các ngoại vi như
CRC, IWDG, TIMERS…, cấu hình Clock và tính toán mức độ tiêu hao năng lượng.
STM32CubeMX tự động download các driver mới nhất của ST dành cho các dòng
chip của mình. ST đã không còn phát triển Standard Peripheral Libraries nữa, thay vào
đó họ phát triển cấu trúc firmware mới bao gồm lớp cách ly phần cứng (HAL) bao gồm
các driver cho ngoại vi, lớp Middleware bao gồm hỗ trợ TCP/IP, USB, Graphics, FAT
file system, Touch library, và hệ điều hành mã nguồn mở RTOS.
Tự động tạo Project dựa trên cấu hình ở trên. STM32CubeMX đầu tiên sẽ
download driver của dòng chip cần cấu hình, sau đó tạo code và copy các driver cần thiết
vào project, và tạo project trên các công cụ lập trình phổ biến như Keil hay IAR.

Hình 4.22 Phần mềm STM32CubeMX.
*Cách tạo project:
Mở phần mềm STM32CubeMX lên, nhấn vào New Project để bắt đầu tạo project
mới.
- Series: Chọn họ MCU bạn sử dụng.
- Lines: Chọn dòng MCU bạn sử dụng.
- Package: Chọn kiểu đóng gói của MCU. Chọn loại MCU chính xác trong phần
MCUs List. Nhấn OK.
Hình 4.23 Tạo Project.
Chọn ngoại vi cần dùng tại thẻ PinOut:
Trong danh sách Peripheral được liệt kê bên trái có cách ngoại vi mà MCU hỗ
trợ, sử dụng ngoại vi nào thì Enable ngoại vi đó lên.

Tại hình MCU trong khung bên phải, cấu hình trực quan từng chân của MCU
theo các tính năng GPIO mà MCU hỗ trợ bằng cách click vào chân MCU và chọn chức
năng cần thiết.
Hình 4.24 Chọn ngoại vi.
Cấu hình xung đồng hồ cho ngoại vi tại thẻ Clock Configuration.
Hình 4.25 Điều chỉnh xung nhịp.
Cấu hình đặc tính của ngoại vi đã chọn tại thẻ Configuration.

Đề tài: Thiết kế robot đánh trống trong trường học, HAY, 9đ

Đề tài: Thiết kế robot đánh trống trong trường học, HAY, 9đ

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Đề tài: Thiết kế robot đánh trống trong trường học, HAY, 9đ

Similar to Đề tài: Thiết kế robot đánh trống trong trường học, HAY, 9đ (20)

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (10)

Đề tài: Thiết kế robot đánh trống trong trường học, HAY, 9đ