TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
KHOA TIN HỌC

BÁO CÁO
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ VÀ MƠ PHỎNG MƠ HÌNH
ĐIỀU KHIỂN XE THƠNG MINH BẰNG
SMARTPHONE HỖ TRỢ DẠY VÀ HỌC
Ở THPT
Sinh viên

: Trần Đức Chuẩn

HD

: TS. Trần Văn Hưng

Lớp

: 17 SPT
Đà Nẵng, tháng 4 năm 2021


GVHD: TS. Trần Văn Hưng

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của toàn thể giảng viên khoa
Tin học trường Đại học Sư phạm Đại học Đà Nẵng đã tận tình chỉ dạy cho tơi trong

chặng đường bốn năm học tại trường. Cảm ơn thầy cô đã hỗ trợ tơi cả về kiến thức
chun mơn và khích lệ tinh thần học tập độc lập, sáng tạo để tơi có thể tự tin thực
hiện luận văn “Thiết kế và mô phỏng mơ hình điều khiển xe thơng minh bằng
smartphone hỗ trợ dạy và học ở THPT”.
Đặc biệt, tôi vô cùng biết ơn TS. Trần Văn Hưng, người đã tận tình hướng dẫn tơi
trong suốt q trình làm luận văn. Xin cảm ơn thầy ln động viên, giúp đỡ, khuyến
khích tơi vượt qua những khó khăn trong q trình thực hiện. Cảm ơn thầy đã không
ngại thời gian và công sức giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này.
Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đối với gia đình, với bạn bè trong lớp 17SPT
luôn kề vai sát cánh cùng tôi trong bốn năm học cũng như trong quá trình làm luận
văn.
Trong quá trình thực hiện luận văn, mặc dù đã cố gắng nhưng vì điều kiện thời
gian và khả năng cịn hạn chế nên tơi khơng tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, tơi
rất mong nhận được sự góp ý từ các giảng viên.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, tháng 4 năm 2021
Sinh viên thực hiện
Trần Đức Chuẩn

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 1


GVHD: TS. Trần Văn Hưng

Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ 1

MỤC LỤC .................................................................................................................. 2
DANH MỤC HÌNH ẢNH ......................................................................................... 7
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................ 9
PHẦN 1: MỞ ĐẦU.................................................................................................. 10
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI................................................................................... 10
1.1 Lý do khách quan ........................................................................................ 10
1.2 Lý do chủ quan ............................................................................................ 10
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ........................................................................... 11
3. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU ........................................................................... 11
4. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU ............ 11
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................. 11
5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ............................................................. 11
5.1.1 Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết .......................................... 11
5.1.1 Phương pháp phân loại và hệ thống hóa lý thuyết ............................... 12
5.1.3 Phương pháp tổng kết kinh nghiệm ..................................................... 12
5.2 Phương pháp thực nghiệm .......................................................................... 12
6. PHẠM VI NGHIÊN CỨU .............................................................................. 12
7. DỰ KIẾN BỐ CỤC BÀI NGHIÊN CỨU ...................................................... 12
8. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC................................................................ 16
PHẦN 2: NỘI DUNG .............................................................................................. 17
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN ........................................................................ 17
1.1 Tổng quan về STEM ................................................................................... 17

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 2


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp


GVHD: TS. Trần Văn Hưng

1.1.1 Khái niệm về STEM và giáo dục STEM ............................................. 17
1.1.2 STEM Robotics .................................................................................... 18
1.2 Tổng quan về các loại linh kiện .................................................................. 19
1.2.1 Giới thiệu về Arduino .......................................................................... 19
1.2.1.1 Khái niệm chung về Arduino ........................................................ 19
1.2.1.2 Quá trình phát triển ....................................................................... 20
1.2.2 Arduino UNO R3 ................................................................................. 20
1.2.2.1 Giới thiệu tổng quát ...................................................................... 20
1.2.2.2 Đặc điểm ....................................................................................... 21
1.2.3 Module điều khiển động cơ L298N ..................................................... 23
1.2.3.1 Giới thiệu Motor Driver Shield L298N ........................................ 23
1.2.3.2 Các thành phần Motor Driver Shield L298N ................................ 24
1.2.4 Cảm biến dò line đơn TCRT5000 ........................................................ 25
1.3 Lập trình Arduino UNO R3 trên Arduino IDE ........................................... 26
1.3.1 Giới thiệu phần mềm Arduino IDE ...................................................... 26
1.3.2 Cài đặt môi trường ............................................................................... 26
1.3.2.1 Cài đặt Java Runtime Enviroment (JRE) ...................................... 26
1.3.2.2 Cài đặt phần mềm Arduino IDE ................................................... 27
1.3.3 Tư duy máy tính ................................................................................... 30
1.3.4 Tổng quan về ngơn ngữ lập trình Arduino ........................................... 30
1.3.4.1 Hàm chức năng (Function)............................................................ 30
1.3.4.2 Giá trị ............................................................................................ 31
1.3.4.3 Cấu trúc (Structure) ....................................................................... 31
1.4 Giới thiệu về ngơn ngữ lập trình Scratch .................................................... 32

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 3



Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng

1.4.1 Khái niệm về Scratch ........................................................................... 32
1.4.2 Tổng quan về Scratch ........................................................................... 32
1.4.3 Mơi trường lập trình ............................................................................. 32
1.4.3.1 Giao diện Scratch .......................................................................... 32
1.4.3.2 Cách tải và cài đặt phần mềm Scratch 3.0 mới nhất trên máy tính
................................................................................................................... 34
1.5 App Inventor ............................................................................................... 35
1.5.1 Giới thiệu về App Inventor .................................................................. 35
1.5.2 Tổng quan giao diện App Inventor ...................................................... 35
1.5.2.1 Giao diện màn hình chính ............................................................. 35
1.5.2.2 Khu thiết kế ................................................................................... 36
1.6 Cơng nghệ không dây Bluetooth ................................................................. 39
1.6.1 Khái niệm ............................................................................................. 39
1.6.2 Đặc điểm của công nghệ Bluetooth ..................................................... 39
1.6.2.1 Ưu điểm ......................................................................................... 39
1.6.2.2 Nhược điểm ................................................................................... 40
1.6.3 Hoạt động ............................................................................................. 40
1.6.4 Lịch sử phát triển ................................................................................. 40
1.6.5 Module Bluetooth HC-06..................................................................... 42
1.6.5.1 Giới thiệu về module Bluetooth HC-06 ........................................ 42
1.6.5.2 Đặc điểm kỹ thuật ......................................................................... 43
1.6.5.3 Đặc điểm phần cứng...................................................................... 43
1.6.5.4 Tập lệnh AT .................................................................................. 44
1.7 Smartphone ................................................................................................. 44


Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 4


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng

1.7.1 Khái niệm “điện thoại”, “điện thoại di động”, “điện thoại thông minh”
....................................................................................................................... 44
1.7.2 Những đặc điểm ưu việt của điện thoại thông minh ............................ 45
Kết luận chương 1 ............................................................................................. 45
CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ, XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN XE THƠNG
MINH BẰNG SMARTPHONE THÔNG QUA KẾT NỐI BLUETOOTH ... 48
2.1 Thiết kế sơ đồ mạch và lắp đặt mơ hình xe robot thực tế ........................... 48
2.1.1 Sơ đồ lắp đặt mạch ............................................................................... 48
2.1.2 Lắp đặt mơ hình xe robot ..................................................................... 49
2.2 Xây dựng thuật toán điều khiển xe robot .................................................... 54
2.2.1 Ý tưởng giải thuật ................................................................................ 54
2.2.2 Thuật toán liệt kê các bước .................................................................. 54
2.2.3 Lưu đồ thuật toán ................................................................................. 55
2.3 Xây dựng chương trình nạp vào Arduino UNO R3 và thiết kế ứng dụng điều
khiển bằng App Inventor ................................................................................... 56
2.3.1 Xây dựng chương trình nạp vào Arduino UNO R3 ............................. 56
2.3.2 Thiết kế giao diện ứng dụng di động điều khiển xe thông minh bằng App
Inventor ......................................................................................................... 56
2.3.3 Mã nguồn điều khiển của ứng dụng di động ........................................ 56
Kết luận chương 2 ............................................................................................. 57

CHƯƠNG 3: CÀI ĐẶT, MÔ PHỎNG .............................................................. 58
3.1 Cài đặt ứng dụng di động ............................................................................ 58
3.2 Thiết lập bluetooth cho thiết bị điều khiển xe robot ................................... 59
3.3 Mô phỏng điều khiển xe robot thông minh bằng Scratch ........................... 60
3.4 Mô phỏng điều khiển xe robot thông minh trong thực tế ........................... 61

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 5


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng

Kết luận chương 3 ............................................................................................. 61
PHẦN 3: TỔNG KẾT ............................................................................................. 62
1. KẾT LUẬN CHUNG ...................................................................................... 62
Kết quả đạt được ............................................................................................... 62
Hạn chế .............................................................................................................. 62
Đề xuất .............................................................................................................. 62
2. HƯỚNG NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ....................................... 63
3. PHỤ LỤC ......................................................................................................... 63
Mã nguồn nạp vào mạch Arduino UNO R3 ..................................................... 63
Bảng linh kiện phụ trợ ....................................................................................... 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 70
GIẢNG VIÊN NHẬN XÉT .................................................................................... 72
GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN NHẬN XÉT ............................................................. 73

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn


Trang 6


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng

DANH MỤC HÌNH ẢNH
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN
Hình 1. 1 Những giá trị cơ bản mà STEM Robotics mang lại ................................. 19
Hình 1. 2 Arduino UNO ........................................................................................... 20
Hình 1. 3 Arduino UNO R3 ..................................................................................... 21
Hình 1. 4 Sơ đồ chân Arduino UNO R3 .................................................................. 23
Hình 1. 5 Motor Driver Shield L298N ..................................................................... 24
Hình 1. 6 Cảm biến dị line đơn TCRT 5000 ........................................................... 25
Hình 1. 7 Cài đặt Java Runtime Enviroment (JRE) ................................................. 26
Hình 1. 8 Tải Arduino IDE ....................................................................................... 27
Hình 1. 9 Giải nén tệp tin Arduino-1.8.13-windows ................................................ 27
Hình 1. 10 Chạy file arduino.exe.............................................................................. 28
Hình 1. 11 Cài đặt driver cho Arduino IDE ............................................................. 28
Hình 1. 12 Giao diện phần mềm Arduino IDE......................................................... 29
Hình 1. 13 Chọn Board Arduino UNO để lập trình ................................................. 29
Hình 1. 14 Giao diện Scratch ................................................................................... 32
Hình 1. 15 Giao diện thanh cơng cụ ......................................................................... 33
Hình 1. 16 Giao diện Scratch sau khi cài đặt ........................................................... 34
Hình 1. 17 Giao diện chính App Inventor ................................................................ 35
Hình 1. 18 Khu thiết kế ............................................................................................ 36
Hình 1. 19 Khu vực Palette ...................................................................................... 36
Hình 1. 20 Khu vực viewer ...................................................................................... 37

Hình 1. 21 Khu vực Components ............................................................................. 37
Hình 1. 22 Khu vực Properties ................................................................................. 38
Hình 1. 23 Khu vực lập trình .................................................................................... 38
Hình 1. 24 Khả năng kết nối của các thiết bị qua Bluetooth .................................... 40
Hình 1. 25 Bluetooth HC-06 (Zs-040) ..................................................................... 42
Hình 1. 26 Sơ đồ chân Bluetooth HC-06 ................................................................. 43
Hình 1. 27 Điện thoại di động .................................................................................. 45

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 7


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN XE THƠNG
MINH BẰNG SMARTPHONE THƠNG QUA KẾT NỐI BLUETOOTH
Hình 2. 1 Sơ đồ lắp đặt mạch ................................................................................... 48
Hình 2. 2 Sơ đồ khối tổng quát ................................................................................. 48
Hình 2. 3 Thân xe robot ............................................................................................ 49
Hình 2. 4 Lắp động cơ vào thân xe........................................................................... 50
Hình 2. 5 Lắp nguồn vào thân xe ............................................................................. 50
Hình 2. 6 Lắp module L298N vào thân xe và nối dây động cơ ............................... 51
Hình 2. 7 Nối dây liên kết Arduino UNO R3 với L298N ........................................ 52
Hình 2. 8 Liên kết Arduino UNO R3 với các mạch cảm biến dị đường ................. 53
Hình 2. 9 Hồn thành nối dây ................................................................................... 53
Hình 2. 10 Lưu đồ thuật tốn.................................................................................... 55
Hình 2. 11 Giao diện ứng dụng ................................................................................ 56

Hình 2. 12 Mã nguồn điều khiển của ứng dụng ....................................................... 56
CHƯƠNG 3: CÀI ĐẶT, MƠ PHỎNG
Hình 3. 1 Qt QR code tải ứng dụng điều khiển .................................................... 58
Hình 3. 2 Tải và cài đặt ứng dụng điều khiển .......................................................... 58
Hình 3. 3 Bật Bluetooth của thiết bị di động ............................................................ 59
Hình 3. 4 Giao diện ứng dụng điều khiển ................................................................ 59
Hình 3. 5 Khởi động xe robot phát Bluetooth .......................................................... 59
Hình 3. 6 Thực hiện kết nối bluetooth ...................................................................... 60
Hình 3. 7 Mơ phỏng mặt dưới xe robot .................................................................... 60
Hình 3. 8 Mơ phỏng mặt trên xe robot ..................................................................... 60
Hình 3. 9 Mô phỏng thực tế...................................................................................... 61

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 8


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
STT

VIẾT TẮT

1

Arduino IDE


2

EPROM

3
4
5
6
7
8
9

GND
JRE
MIT
PDA
PWM
RST
SRAM

10

STEM

11

UART

12


USART

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

VIẾT ĐẦY ĐỦ
Arduino Integrated Development
Enviroment
Electrically Eraseble Programmable
Read Only Memory
Ground
Java Runtime Enviroment
Massachusetts Institute of Technology
Prosonal Digital Assistant
Pulse width modulation
Reset
Static Random Access Memory
Science (khoa học), Technology (công
nghệ), Engineering (kỹ thuật) và
Mathematics (toán học).
Universal Asynchronous Receiver /
Transmitter
Universal Synchronous Asynchronous
Receiver / Transmitter

Trang 9


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng


PHẦN 1: MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
1.1 Lý do khách quan
Ngày nay, cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4, cơng nghệ số, tự động hóa Robot
sẽ dần thay thế việc làm của con người – phương pháp STEM đã ra đời và phổ biến
ở nhiều quốc gia để xây dựng một thế hệ hoạt động STEM phù hợp với nhu cầu xã
hội. Robotics đã đạt được những thành tựu to lớn trong sản xuất công nghiệp cũng
như trong đời sống. Sản xuất robot là ngành công nghiệp trị giá hàng tỉ USD và ngày
càng phát triển mạnh, trong các họ robot thì chúng ta khơng thể khơng nhắc tới mobile
robot với những đặc thù riêng mà các loại robot khác khơng có.
Mobile robot có thể di chuyển một cách rất linh hoạt, do đó tạo nên khơng gian
hoạt động lớn và cho đến nay nó đã dần khẳng định vai trị quan trọng khơng thể thiếu
trong nhiều lĩnh vực, thu hút được rất nhiều sự đầu tư và nghiên cứu. Mobile robot
cũng được chia ra làm nhiều loại: robot điều khiển từ xa, robot dò line, robot tránh
vật cản, robot học đường đi, robot tìm đường đi trong mê cung,… trong đó robot điều
khiển từ xa, dị đường line, tránh vật cản được ứng dụng nhiều trong cuộc sống và cả
trong mơi trường giáo dục. Do đó, việc thúc đẩy tìm hiểu và nghiên cứu lập trình
arduino và nghiên cứu cách tạo ra ứng dụng di động điều khiển robot cho học sinh là
điều rất cần thiết. Việc chọn đề tài này cũng xuất phát từ nhu cầu của xã hội, trường
học và gia đình của học sinh mong muốn con em mình được học tập trong một môi
trường khoa học và công nghệ hiện đại để phát huy năng lực và nâng cao thành tích
học tập của các em, đi đôi với việc theo kịp phát triển chung của xã hội.
1.2 Lý do chủ quan
Việc dạy và học hiện nay rất chú trọng đến STEM. Giáo dục STEM trang bị cho
người học những kiến thức, kỹ năng tổng hợp liên quan đến 04 lĩnh vực bao gồm
khoa học (Science), cơng nghệ (Technology), kỹ thuật (Engineering) và tốn học
(Math). STEM Robotics đặc biệt được nhấn mạnh trong giáo dục STEM. STEM
Robotics là tổng hợp các mảng công nghệ tiên tiến: cơ khí chính xác cho việc thiết
kế khung hình, cơ cấu robot, cơng nghệ điện tử, xử lý để lập trình điều khiển tạo thành


Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 10


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng

bộ não cho robot. Chính vì thế, việc kết hợp giữa smartphone và lập trình arduino có
thể thiết kế được robot thơng minh điều khiển điều khiển từ xa có thể giúp các em
học sinh đạt được những trải nghiệm thực hành thực tế, trau dồi được phương pháp
tư duy chiến lược, cách giải quyết vấn đề.
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Mục tiêu: Nghiên cách thiết kế và lập trình mơ phỏng mơ hình điều khiển xe thơng
minh bằng smartphone hỗ trợ dạy và học ở THPT.
3. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
Để đạt được mục tiêu của đề tài, tôi đưa ra những nhiệm vụ cần giải quyết
như sau:
- Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn về chương trình STEM Robotics phát triển
năng lực tự học và ứng dụng vào dạy học môn Tin học ở THPT.
- Nghiên cứu ngôn ngữ Arduino, mạch Arduino UNO R3
- Nghiên cứu App Inventor, xây dựng ứng dụng cho smartphone điều khiển xe
thơng minh.
- Tìm hiểu Scratch viết phần mềm mô phỏng xe chuyển động.
- Hồn thành mơ hình thực tế
4. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu: Thiết kế và mơ phỏng mơ hình điều khiển xe thơng minh
bằng smartphone hỗ trợ dạy và học ở THPT

Khách thể nghiên cứu:
- Lập trình Arduino, mạch Arduino UNO R3
- Lập trình Scratch
- App Inventor
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
5.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
5.1.1 Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết
- Nghiên cứu các tài liệu Sư phạm, báo cáo nghiên cứu có liên quan đến STEM,
đặc biệt là STEM Robotics hiện nay.

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 11


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng

- Nghiên cứu các công văn, chỉ thị và các văn kiện của Đảng và Nhà nước, văn
kiện của Bộ Giáo dục và Đào tạo về vấn đề yêu cầu chất lượng giáo dục trong thời kì
đổi mới.
- Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến mạch Arduino UNO R3, các linh kiện phụ
trợ khác.
- Nghiên cứu các tài liệu về ngơn ngữ lập trình Arduino, Scratch, App Inventor.
5.1.1 Phương pháp phân loại và hệ thống hóa lý thuyết
- Đọc các tài liệu liên quan sau đó phân loại và tổng hợp lại các vấn đề. Phân tích,
nhận xét, tóm tắt và trích dẫn phục vụ trực tiếp cho việc giải quyết các nhiệm vụ
nghiên cứu đề tài.
5.1.3 Phương pháp tổng kết kinh nghiệm

- Xem xét lại những thành quả của hoạt động thực tiễn trong quá khứ để rút ra
những kết luận bổ ích cho thực tiễn và cho khoa học.
5.2 Phương pháp thực nghiệm
- Thực hiện thiết kế, lập trình mơ phỏng mơ hình điều khiển xe thơng minh bằng
smartphone thông qua kết nối Bluetooth.
6. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- STEM và STEM Robotics
- Lập trình Arduino, mạch Arduino UNO R3
- Lập trình Scratch
- App Inventor
- Các thiết bị liên quan
7. DỰ KIẾN BỐ CỤC BÀI NGHIÊN CỨU
Trang bìa chính
Trang bìa phụ
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục hình ảnh
Kí hiệu và viết tắt

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 12


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng

- PHẦN 1: MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài

2. Mục tiêu nghiên cứu
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
4. Khách thể và đối tượng nghiên cứu
5. Phương pháp nghiên cứu
6. Phạm vi nghiên cứu
7. Dự kiến bố cục bài nghiên cứu
8. Dự kiến kết quả đạt được
- PHẦN 2: NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN
1.1 Tổng quan về STEM
1.1.1 Khái niệm STEM và giáo dục STEM
1.1.2 STEM Robotics
1.2 Tổng quan về các loại linh kiện
1.2.1 Giới thiệu về Arduino
1.2.1.1 Khái niệm chung về Arduino
1.2.1.2 Quá trình phát triển
1.2.2 Arduino UNO R3
1.2.2.1 Giới thiệu tổng quát
1.2.2.2 Đặc điểm
1.2.3 Module điều khiển động cơ L298N
1.2.3.1 Giới thiệu Motor Driver Shield L298N
1.2.3.2 Các thành phần Motor Driver Shield L298N
1.2.4 Cảm biến dò line đơn TCRT5000
1.3 Lập trình Arduino UNO R3 trên Arduino IDE
1.3.1 Giới thiệu phần mềm Arduino IDE
1.3.2 Cài đặt môi trường
1.3.2.1 Cài đặt Java Runtime Enviroment (JRE)

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn


Trang 13


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng

1.3.2.2 Cài đặt phần mềm Arduino IDE
1.3.2.3 Cài đặt driver cho Arduino UNO R3
1.3.3 Tư duy máy tính
1.3.4 Tổng quan về ngơn ngữ lập trình Arduino
1.3.4.1 Hàm chức năng (Function)
1.3.4.2 Giá trị
1.3.4.3 Cấu trúc (Structure)
1.4 Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình Scratch
1.4.1 Khái niệm về Scratch
1.4.2 Tổng quan về Scratch
1.4.3 Mơi trường lập trình
1.4.3.1 Giao diện Scratch
1.4.3.2 Cách tải và cài đặt phần mềm Scratch 3.0 mới nhất trên máy tính
1.5 App Inventor
1.5.1 Giới thiệu về App Inventor
1.5.2 Tổng quan giao diện App Inventor
1.5.2.1 Giao diện màn hình chính
1.5.2.2 Khu thiết kế
1.6. Công nghệ không dây Bluetooth
1.6.1 Khái niệm
1.6.2 Đặc điểm của công nghệ Bluetooth
1.6.2.1 Ưu điểm
1.6.2.2 Nhược điểm

1.6.3 Hoạt động
1.6.4 Lịch sử phát triển
1.6.5 Module Bluetooth HC-06
1.6.5.1 Giới thiệu về module Bluetooth HC-06
1.6.5.2 Đặc điểm kỹ thuật
1.6.5.3 Đặc điểm phần cứng

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 14


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng

1.6.5.4 Tập lệnh AT
1.7 Smartphone
1.7.1 Khái niệm “điện thoại”, “điện thoại di động”, “điện thoại thông minh”
1.7.2 Những đặc điểm ưu việt của điện thoại thông minh
Kết luận chương 1
CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ, XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN XE THƠNG
MINH BẰNG SMARTPHONE THÔNG QUA KẾT NỐI BLUETOOTH
2.1 Thiết kế sơ đồ mạch và lặp đặt mơ hình xe robot thực tế
2.1.1 Sơ đồ lắp đặt mạch
2.1.2 Lắp đặt mơ hình xe robot
2.2 Xây dựng thuật toán điều khiển xe robot
2.2.1 Ý tưởng giải thuật
2.2.2 Thuật toán liệt kê các bước
2.2.3 Lưu đồ thuật tốn

2.3 Xây dựng chương trình nạp vào Arduino UNO R3 và thiết kế ứng dụng
điều khiển bằng App Inventor
2.3.1 Xây dựng chương trình nạp vào Arduino UNO R3
2.3.2 Thiết kế giao diện ứng dụng di động điều khiển xe thông minh bằng App
Inventor
2.3.3 Mã nguồn điều khiển của ứng dụng di động
Kết luận chương 2
CHƯƠNG 3: CÀI ĐẶT, MÔ PHỎNG
3.1 Cài đặt ứng dụng di động
3.2 Thiết lập bluetooth cho thiết bị điều khiển robot
3.3 Mô phỏng điều khiển xe robot thông minh bằng scratch
3.4 Mô phỏng điều khiển xe robot thông minh trong thực tế
Kết luận chương 3
- PHẦN 3: TỔNG KẾT
Kết luận chung

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 15


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng

Hướng nghiên cứu, phát triển đề tài
Phụ lục
Tài liệu tham khảo
8. DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
- Phần mềm mô phỏng xe robot thơng minh chuyển động viết bằng scratch.

- Hồn thành mơ hình xe thực tế.
- Xây dựng được ứng dụng di động điều khiển xe từ xa.

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 16


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng

PHẦN 2: NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN
1.1 Tổng quan về STEM
1.1.1 Khái niệm về STEM và giáo dục STEM
Khái niệm STEM
STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công
nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học) (Sanders, 2009).
Giáo dục STEM
Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là quan tâm đến các môn Khoa học, Cơng
nghệ, Kĩ thuật và Tốn học. Đây cũng là quan niệm về giáo dục STEM của Bộ giáo
dục Mỹ “Giáo dục STEM là một chương trình nhằm cung cấp hỗ trợ, tăng cường,
giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học (STEM) ở tiểu học và trung học
cho đến bậc sau đại học” (U.S. Department of Education, 2007). Đây là nghĩa rộng
khi nói về giáo dục STEM.
Giáo dục STEM được hiểu theo nghĩa là tích hợp (liên ngành) của 4 lĩnh vực/môn
Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học (Merrill & Daugherty, 2009; Morrison
& Bartlett, 2009). Tác giả Tsupros định nghĩa “Giáo dục STEM là một phương pháp
học tập tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với

các bài học thực tế thông qua việc học sinh được áp dụng những kiến thức Khoa học,
Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên một kết
nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển
những kĩ năng STEM và tăng khả năng cạnh tranh trong nền kinh tế mới” (Tsupros
& Hallinen, 2009).
Bên cạnh đó, giáo dục STEM cũng được quan niệm như là chương trình đào tạo
dựa trên ý tưởng giảng dạy cho học sinh bốn lĩnh vực cụ thể: Khoa học, Cơng nghệ,
Kĩ thuật và Tốn học trong một liên ngành và phương pháp tiếp cận ứng dụng. Thay
vì dạy bốn lĩnh vực này theo những môn học tách biệt và rời rạc, STEM tổng hợp
chúng thành một mơ hình học tập liền mạch dựa trên các ứng dụng thực tế (Hom,
2014).

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 17


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng

1.1.2 STEM Robotics
Khoa học robot (Robotics) là một ngành liên kết giữa kĩ thuật và khoa học bao
gồm các lĩnh vực như kĩ thuật cơ khí, kĩ thuật điện tử, kĩ thuật thơng tin, khoa học
máy tính... Theo định nghĩa của NASA, khoa học robot là lĩnh vực nghiên cứu về
robot, trong đó robot được hiểu là các hệ thống máy móc có thể được sử dụng để thực
hiện một nhiệm vụ. Robot có hai loại bao gồm robot tự vận hành (tự động hóa) theo
chức năng đã thiết lập và robot được điều khiển ("What Is Robotics?," 2009). Khoa
học robot liên quan đến thiết kế, xây dựng, vận hành và sử dụng robot, cũng như các
hệ thống máy tính để điều khiển, thu nhận thơng tin và xử lí thơng tin. Theo nghiên

cứu (Jung, & Won, 2018) đã đề cập và nhấn mạnh quan điểm xem robot như một
công cụ để tìm hiểu khoa học về robot và cũng chính là đối tượng để học tập. Quan
điểm và cách tiếp cận hiện nay trong giáo dục khoa học robot chủ yếu tập trung theo
định hướng robot là một đối tượng học tập và cũng là công cụ học tập, học là người
sẽ nghiên cứu, thiết kế và vận hành robot để giải quyết hoặc thực hiện một nhiệm vụ
cụ thể. Theo nghiên cứu (Komis, Romero, & Misirli, 2016), giáo dục khoa học robot
đề cập đến việc dạy học trong đó học sinh có thể sử dụng robot để xây dựng “tri thức”
cho chính robot hoặc với sự trợ giúp của robot. Để xây dựng tri thức cho robot, người
học cần sử dụng kiến thức của nhiều lĩnh vực. Để người học trở thành chủ thể của
việc sử dụng và vận hành robot thì việc đưa khoa học robot vào giáo dục không chỉ
là vấn đề tiếp cận các công nghệ mới, mà quan trọng đó là lý thuyết giáo dục và
chương trình giảng dạy hướng dẫn sử dụng robot (Alimisis, 2012).
Theo định hướng này, giáo dục khoa học robot được xem một công cụ hiệu quả
cho giáo dục STEM trong nhà trường. Nhiều nghiên cứu cho thấy quá trình học tập
với robot đã tạo cơ hội cho học sinh đạt được kết quả cả về kiến thức các môn học
Vật lý, Sinh học, Địa lý, Toán học, Khoa học, Điện tử và cơ khí, và cả các kĩ năng
học thuật quan trọng, như nghiên cứu, sáng tạo, hợp tác, tư duy phê phán, đưa quyết
định, giải quyết vấn đề và kĩ năng giao tiếp, và kĩ năng thiết kế và tư duy tính tốn
(Alimisis, & Kynigos, 2009; Benitti, 2012; Eguchi, 2014; Nourbakhsh, Hamner,
Crowley, & Wilkinson, 2004).

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 18


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng


Trong giáo dục khoa học robot, học sinh phải là những người trực tiếp sử dụng,
thiết kế và chế tạo ra robot, dù ở mức đơn giản nhất chứ không chỉ là người tiêu thụ
sản phẩm (Blikstein, 2013).
Những giá trị cơ bản mà STEM Robotics mang lại

Hình 1. 1 Những giá trị cơ bản mà STEM Robotics mang lại
1.2 Tổng quan về các loại linh kiện
1.2.1 Giới thiệu về Arduino
1.2.1.1 Khái niệm chung về Arduino
Theo định nghĩa từ Arduino là nền tảng điện tử mã nguồn
mở, dựa trên phần cứng và phần mềm, linh hoạt và dễ sử dụng, các board Arduino có
khả năng đọc dữ liệu từ mơi trường (ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm,...), trạng thái nút nhấn
tin nhắn từ Twitter,... và điều khiển trở lại với các thiết bị như động cơ, đèn LED, gửi
thông tin đến 1 nơi khác,... Chúng ta có thể điều khiển các vi điều khiển trên board
Arduino bằng cách sử dụng ngôn ngữ lập trình C hoặc C++, được điều khiển biên
dịch bởi Arduino IDE và các trình biên dịch đi kèm ra mã máy nhị phân. Lúc này vi
điều khiển có thể dễ dàng thực thi chương trình.

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 19


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng

1.2.1.2 Quá trình phát triển
Lịch sử phát triển
Arduino như là một dự án dành cho sinh viên Interaction Design Insitute Ivrea tại

Ivrea, Italy.Vào thời điểm đó các sinh viên sử dụng một tem cơ bản có giá khoảng
$100. Masimo Banzi, một trong những nhà sáng lập giảng dạy tại Ivrea. Cái tên
“Arduino” đến từ một quán bar tại Ivrea, nơi một vài nhà sáng lập của dự án này
thường xuyên gặp mặt. Lý thuyết phần cứng được đóng góp bởi một sinh viên người
Coloumbia tên là Hermando Barragan. Sau nền tảng Wiring hoàn thành, các nhà
nghiên cứu đã làm việc với nhau để giúp nó nhẹ hơn, rẻ hơn và khả dụng đối với mã
nguồn mở. Trường này cuối cùng bị đóng cửa, vì vậy các nhà nghiên cứu một trong
số đó là David Cuarlielles đã phổ biến ý tưởng này.
1.2.2 Arduino UNO R3
1.2.2.1 Giới thiệu tổng quát

Hình 1. 2 Arduino UNO
Board Arduino UNO nhỏ gọn và đầy đủ tính năng phù hợp với trường hợp bắt đầu
làm quen với lập trình Arduino, Arduino UNO sử dụng chip Atmega328. Nó có 14
chân digital I/O, 6 chân đầu vào (input) analog, thạch anh dao động 16Mhz. Hiện nay,
board Arduino UNO đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (Arduino UNO R3).

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 20


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng

1.2.2.2 Đặc điểm

Hình 1. 3 Arduino UNO R3
USB (1)

Arduino sử dụng cáp USB để giao tiếp với máy tính. Thơng qua cáp USB chúng
ta có thể nạp chương trình cho Arduino hoạt động. Ngồi ra, USB cịn là nguồn cho
Arduino.
Nguồn (2 và 3)
Khi khơng sử dụng USB làm nguồn thì chúng ta có thể sử dụng nguồn ngồi thơng
qua jack cắm 2.1mm (cực dương ở giữa) hoặc có thể sử dụng 2 chân Vin và GND để
cấp nguồn cho Arduino.
Bo mạch hoạt động với nguồn ngoài ở điện áp từ 5 – 20volt. Chúng ta có thể cấp
một áp lớn hơn, tuy nhiên chân 5V có mức điện áp lớn hơn 5volt. Nếu sử dụng nguồn
lớn hơn 12 volt thì sẽ có hiện tượng nóng và hỏng bo mạch. Khuyến cáo, nên sử dụng
nguồn ổn định là 5 đến 12 volt.
Chân 5V và chân 3.3V (Output voltage): Các chân này dùng để lấy nguồn ra từ
nguồn mà chúng ta đã cung cấp cho Arduino. Lưu ý: Không được cấp nguồn vào các
chân này vì sẽ làm hỏng Arduino.
GND (Ground): Cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino. Khi sử dụng các thiết
bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau.

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 21


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng

Chip Atmega328 có các bộ nhớ sau:
32K bộ nhớ Flash thường thì trong đó sẽ sử dụng 0.5K cho bootloader. Những
đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ Flash của chip. Đối với 32K bộ
nhớ Flash thì hiếm khi nào sử dụng quá 20KB.

2K cho SRAM, giá trị các biến bạn khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây. Bạn khai
báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM. Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm
khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạn phải bận tâm. Khi mất điện, dữ liệu
trên SRAM sẽ bị mất. Do đó, chúng ta cần cẩn thận khi sử dụng và ghi nhớ những
đặc điểm cần thiết của SRAM trong việc sử dụng và trong lập trình để tránh những
điều trên.
1K cho EEPROM, đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và
ghi dữ liệu của mình vào đây mà khơng phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu
trên SRAM.
Input và Output (4 và 5)
Arduino UNO có các chân với chức năng input và ouput sử dụng các hàm
pinMode(), digitalWrite() và digitalRead() để điều khiển các chân này (Analog: A0
đến A5) (Digital: chân số 0 đến chân số 13). Cũng trên 14 chân này chúng ta còn một
số chân chức năng đó là: Serial: chân 0 (Rx), chân 1 (Tx). Hai chân này dùng để
truyền (Tx) và nhận (Rx) dữ liệu nối tiếp TTL.Chúng ta có thể sử dụng nó để giao
tiếp với cổng COM của một số thiết bị hoặc các linh kiện có chuẩn giao tiếp nối tiếp.
PWM: Các chân 3, 5, 6, 9, 10, 11 trên board có dấu “~” là các chân PWM chúng
ta có thể sử dụng nó để điều khiển tốc độ động cơ, độ sáng của đèn, .... Các chân này
cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 -> 28-1 tương ứng
với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite().
SPI: 10 (SS), 11(MOSI), 12(MISO), 13 (SCK), các chân này hỗ trợ giao tiếp theo
chuẩn SPI với các thiết bị khác.
I2C: Arduino hỗ trợ giao tiếp theo chuẩn I2C. Các chân A4 (SDA), A5(SCL) cho
phép chúng ta giao tiếp giữa Arduino với các linh kiện có chuẩn giao tiếp là I2C.
Reset (6) được dùng để thiết lập lại Arduino.

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 22



Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng

Sơ đồ chân Arduino UNO R3

Hình 1. 4 Sơ đồ chân Arduino UNO R3
1.2.3 Module điều khiển động cơ L298N
1.2.3.1 Giới thiệu Motor Driver Shield L298N
Module điều khiển động cơ L298N thường dùng trong việc điều khiển các loại
động cơ DC, động cơ bước. Module được thiết kế chắc chắn, có sẵn chỗ bắt ốc vào
mơ hình, có gắn tản nhiệt chống nóng cho IC, giúp IC có thể điều khiển với dòng
đỉnh đạt 2A. IC L298N được gắn với các đi ốt trên board giúp bảo vệ vi xử lý chống
lại các dòng điện cảm ứng từ việc khởi động / tắt động cơ.

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 23


Báo cáo khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Trần Văn Hưng

Hình 1. 5 Motor Driver Shield L298N
Thơng số kỹ thuật
• Driver L298N tích hợp hai mạch cầu H.
• Điện áp điều khiển: +5V ~ 12V
• Dịng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (2A cho mỗi motor)

• Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5V ~ +7V
• Dịng của tín hiệu điều khiển 0 ~ 36mA
• Cơng suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 750C)
1.2.3.2 Các thành phần Motor Driver Shield L298N
• 12V power, 5V power: Đây là hai chân cấp nguồn trực tiếp đến động cơ.
• Power GND: Chân này là GND của nguồn cấp cho động cơ.
• OUTPUT A có 2 đầu ra tương ứng khi kết nối hai động cơ bên phải.
• OUTPUT B có 2 đầu ra tương ứng khi kết nối hai động cơ bên trái.
• Trên mạch L298N có các chân ENA, IN1, IN2, IN3, IN4, ENB với các chức
năng điểu khiển tương ứng với các động cơ kết nối với OUTPUT A và
OUPUT B.
• ENA: Điều khiển tốc độ động cơ khi động cơ kết nối vào OUTPUT A.
• ENB: Điều khiển tốc độ động cơ khi động cơ kết nối vào OUTPUT B.

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Chuẩn

Trang 24