Lập trình arduino và scratch cho học sinh với mô hình điều khiển xe thông qua kết nối bluetooth bằng smartphone và máy tính

HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN : PHÙNG THỊ NGỌC NHI

Lớp sinh hoạt : 15SPT

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Tên đề tài

LẬP TRÌNH ARDUINO VÀ SCRATCH

CHO HỌC SINH VỚI MÔ HÌNH ĐIỀU KHỂN

XE THÔNG QUA KẾT NỐI BLUETOOTH

BẰNG SMARTPHONE VÀ MÁY TÍNH

Người hướng dẫn: TRẦN VĂN HƯNG

Đà Nẵng, tháng 04 năm 2019

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA TIN HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

LẬP TRÌNH ARDUINO VÀ SCRATCH CHO HỌC SINH

VỚI MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN XE THÔNG QUA KẾT NỐI BLUETOOTH

BẰNG SMARTPHONE VÀ MÁY TÍNH

Sinh viên thực hiện : Phùng Thị Ngọc Nhi.

Lớp : 15SPT.

Giảng viên hướng dẫn : Trần Văn Hưng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG

KHOA: TIN HỌC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập-Tự Do-Hạnh Phúc.

Đà Nẵng, ngày 04 tháng 04 năm 2019.

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp SVTH: Phùng Thị Ngọc Nhi – 15 SPT

GVHD: Trần Văn Hưng 1

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất, lời tri ân sâu sắc đến thầy

cô khoa Tin học trường Đại học Sư phạm Đại học Đà Nẵng đã tận tình chỉ dạy cho tôi

trong chặng đường bốn năm học tại trường. Cảm ơn thầy cô đã truyền đạt cho tôi những

kiến thức quý báu trong chặng đường đã qua.

Đặc biệt, tôi vô cùng biết ơn thầy Trần Văn Hưng, người đã tận tình hướng dẫn

tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Xin cảm ơn thầy luôn động viên, giúp đỡ, khuyến

khích tôi vượt qua những khó khăn trong quá trình thực hiện. Cảm ơn thầy đã không

ngại thời gian và công sức giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, với bạn bè trong lớp 15SPT

luôn kề vái sát cánh cùng tôi trong bốn năm học cũng như trong quá trình làm luận văn.

Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất,

nhưng do thời gian có hạn, trình độ và kỹ năng nghiên cứu còn nhiều hạn chế nên không

tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến và bổ sung của

quý thầy cô để bài báo cáo khóa luận hoàn chỉnh hơn.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 2 tháng 4 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Phùng Thị Ngọc Nhi.

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp SVTH: Phùng Thị Ngọc Nhi – 15 SPT

GVHD: Trần Văn Hưng 2

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................1

MỤC LỤC.......................................................................................................................2

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT..............................................................................6

DANH MỤC HÌNH VẼ ..................................................................................................7

MỞ ĐẦU .......................................................................................................................10

1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI........................................................................................10

1.1 Lí do khách quan ..........................................................................................10

1.2 Lí do chủ quan ..............................................................................................10

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU................................................................................11

3. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU ...............................................................................11

4. KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU..............................................11

5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.......................................................................11

5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ...................................................................11

5.2 Phương pháp thực nghiệm................................................................................12

6. PHẠM VI NGHIÊN CỨU.....................................................................................12

7. DỰ KIẾN BỐ CỤC BÀI NGHIÊN CỨU .............................................................12

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN...................................................................................16

1.1 TỔNG QUAN VỀ ARDUINO VÀ CÁC HỌ CỦA ARDUINO ........................16

1.1.1 Tổng quan về Arduino ......................................................................................16

1.1.1.1 Khái niệm chung về Arduino......................................................................16

1.1.1.2 Quá trình phát triển.....................................................................................16

1.1.1.3 Môi trường phát triển tích hợp (IDE) .........................................................18

1.1.2 Arduino UNO R3 ..............................................................................................20

1.1.2.1 Giới thiệu tổng quát ....................................................................................20

1.1.2.2 Các chỉ số và các lưu ý ...............................................................................21

1.1.2.3 Đặc điểm.....................................................................................................22

1.1.3 Module điểu khiển động cơ L293D ..................................................................25

1.1.3.1 Giới thiệu Motor Driver Shield L293D ......................................................25

1.1.3.2 Các thành phần Motor Driver Shield L293D .............................................25

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp SVTH: Phùng Thị Ngọc Nhi – 15 SPT

GVHD: Trần Văn Hưng 3

1.1.3.3 Cách kết nối Shield với board Arduino .....................................................26

1.2 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH SCRATCH VÀ PHẦN MỀM TÍCH HỢP MBLOCK

3..................................................................................................................................26

1.2.1 Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình Scratch ..........................................................26

1.2.1.1 Tư duy máy tính..........................................................................................26

1.2.1.2 Tổng quan về Scratch .................................................................................27

1.2.2 Phần mền tích hợp mBlock 3 ............................................................................28

1.2.2.1 Giới thiệu về mBlock 3...............................................................................28

1.2.2.2 Giới thiệu giao diện mBlock 3....................................................................28

1.2.2.3 Phân loại các nhóm lệnh điều khiển nhân vật ............................................31

1.3 CÔNG NGHỆ KHÔNG GIÂY BLUETOOTH...................................................34

1.3.1 Khái niệm..........................................................................................................34

1.3.2 Đặc điểm của công nghệ Bluetooth ..................................................................34

1.3.2.1 Ưu điểm ......................................................................................................34

1.3.2.2 Nhược điểm ................................................................................................35

1.3.3 Hoạt động ..........................................................................................................35

1.3.4 Lịch sử phát triển ..............................................................................................35

1.3.5 Module Bluetooth HC-05..................................................................................36

1.3.5.1 Giới thiệu về module HC-05 ......................................................................36

1.3.5.2 Đặc điểm kỹ thuật.......................................................................................37

1.3.5.3 Đặc điểm phần cứng ...................................................................................37

1.3.5.4 Các chế độ hoạt động..................................................................................38

1.3.5.5 Tập lệnh AT................................................................................................39

1.4 SMART PHONE..................................................................................................39

1.4.1 Khái niệm “điện thoại”, “điện thoại di động”, “điện thoại thông minh” ..........39

1.4.2 Những đặc điểm ưu việt của điện thoại thông minh .........................................40

1.5 MÁY TÍNH..........................................................................................................41

1.5.1 Giới thiệu chung về máy tính............................................................................41

1.5.1.1 Giới thiệu tổng quát ....................................................................................41

1.5.1.2. Chức năng phần cứng và phần mềm máy tính ..........................................42

1.5.1.3. Sơ đồ hệ thống máy tính ............................................................................43

1.5.2 Giới thiệu chung hệ điều hành ..........................................................................44

1.5.2.1 Khái niệm....................................................................................................44

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp SVTH: Phùng Thị Ngọc Nhi – 15 SPT

GVHD: Trần Văn Hưng 4

1.5.2.2 Chức năng chủ yếu của hệ điều hành .........................................................44

1.5.2.3 Nhiệm vụ của hệ điều hành ........................................................................45

1.5.3 Thiết bị Bluetooth trên Windows – Bluetooth Software ..................................46

1.5.3.1 Khái niệm Bluetooth Software ...................................................................46

1.5.3.2 Vai trò của Bluetooth Software ..................................................................47

1.5.3.3 Các tính năng chính của Bluetooth Software .............................................49

1.5.4 BlueStacks.........................................................................................................50

Kết luận chương 1 .........................................................................................................51

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN XE THÔNG QUA

KẾT NỐI BLUETOOTH BẰNG SMARTPHONE VÀ MÁY TÍNH..........................52

2.1 PHẦN CỨNG ......................................................................................................52

2.1.1 Khối xử lý..........................................................................................................52

2.1.2 Khối nguồn........................................................................................................53

2.1.3 Khối driver động cơ ..........................................................................................53

2.2 PHẦN MỀM ........................................................................................................54

2.2.1 Thuật toán để điều khiển xe bằng Bluetooth.....................................................54

2.2.2 Thiết lập các block trong phần mềm mBlock 3 để điều khiển xe.....................55

2.2.2.1 Phân tích các block .....................................................................................55

2.2.2.2 Thiết lập các block......................................................................................63

2.2.2.3 Tích hợp Arduino và mBlock 3 ..................................................................64

2.2.2.4 Mô hình các block trong phần mềm mBlock 3 để điều khiển xe ...............68

2.2.3 Phần mềm hiển thị và điều khiển mô hình........................................................68

2.2.3.1 Giao diện phần mềm...................................................................................68

2.2.3.2 Ký tự Robot sẽ nhận được từ App Arduino Bluetooth RC Car..................69

2.2.4 Khối xử lý trung tâm Arduino...........................................................................71

Kết luận chương 2 .........................................................................................................72

CHƯƠNG 3: CÀI ĐẶT, MÔ PHỎNG .........................................................................73

3.1 CÀI ĐẶT PHẦN MỀM .......................................................................................73

3.1.1 Cài đặt cho smartphone.....................................................................................73

3.1.2 Cài đặt cho máy tính .........................................................................................73

3.2 THIẾT LẬP BLUETOOTH CHO THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VỚI ROBOT.......74

3.3 MÔ HÌNH THỰC TẾ ..........................................................................................76

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp SVTH: Phùng Thị Ngọc Nhi – 15 SPT

GVHD: Trần Văn Hưng 5

Kết luận chương 3 .........................................................................................................76

HƯỚNG NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .......................................................77

KẾT LUẬN CHUNG ....................................................................................................78

PHỤ LỤC ......................................................................................................................79

CHƯƠNG TRÌNH ARDUINO ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ.....................................79

TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................82