# G1 27 - Điều khiển robot qua Serial an toàn ## Cần chuẩn bị | Nhóm | Linh kiện / dụng cụ | Số lượng | Ghi chú | |---|---|---:|---| | Board | ESP32-S3 DevKit | 1 | Nhận lệnh từ Serial Monitor | | Robot base | Chassis 2WD, 2 motor DC, bánh xe, caster | 1 bộ | Dùng lại robot Gen 1 | | Driver motor | TB6612FNG | 1 | Điều khiển hai motor | | Cảm biến khoảng cách | HC-SR04 | 1 | Echo qua chia áp hoặc level shifter | | Phản hồi | LED GPIO2, active buzzer GPIO15 | 1 mỗi loại | Báo lệnh chạy, lỗi lệnh, vật cản gần | | Nguồn | Pin robot đã sạc, công tắc nguồn motor | 1 bộ | Không thử khi pin yếu | | Sân thử | Sàn phẳng, hộp giấy, thước dây | 1 khu vực | Có vùng an toàn tối thiểu 1 m x 1 m | | Phần mềm | Arduino IDE, Serial Monitor, cáp USB data | 1 bộ | Baud 115200, line ending `Newline` | ## Bài này giúp bạn làm được gì? Ở G1 26, bạn đã có bộ lệnh ngắn như `FWD` và `STOP`. Bài này làm lệnh linh hoạt hơn: mỗi lệnh có tốc độ và thời gian, ví dụ `fwd 90 500`. Robot chạy đúng thời gian được yêu cầu, tự dừng khi hết thời gian, và không cho tiến tiếp nếu cảm biến khoảng cách thấy vật cản quá gần. Kết quả cuối bài: **robot nhận lệnh Serial dạng `hướng tốc_độ thời_gian`, chạy trên sân thử ở tốc độ thấp, tự dừng theo thời gian và dừng an toàn khi có vật cản gần**. ## Mục tiêu bài học Sau bài này, bạn có thể: - Gửi lệnh có tham số qua Serial Monitor. - Giới hạn tốc độ và thời gian để lệnh không vượt quá vùng an toàn. - Dùng HC-SR04 làm lớp bảo vệ khi robot đang tiến. - Đọc log để biết lệnh được chấp nhận hay bị từ chối. - Chuẩn bị giao thức cho Web Control ở G1 28. ## Pin map dùng trong bài | Chức năng | Chân ESP32-S3 | Module | |---|---|---| | HC-SR04 Trig | GPIO5 | HC-SR04 | | HC-SR04 Echo | GPIO18 qua chia áp | HC-SR04 | | LED trạng thái | GPIO2 | LED onboard/ngoài | | Buzzer | GPIO15 | Active buzzer | | STBY | GPIO33 | TB6612FNG | | Motor trái PWM/IN1/IN2 | GPIO25/GPIO26/GPIO27 | TB6612FNG | | Motor phải PWM/IN1/IN2 | GPIO14/GPIO12/GPIO13 | TB6612FNG | ## Cú pháp lệnh | Lệnh | Ví dụ | Ý nghĩa | |---|---|---| | `fwd ` | `fwd 90 500` | Tiến tốc độ 90 trong 500 ms | | `back ` | `back 80 400` | Lùi tốc độ 80 trong 400 ms | | `left ` | `left 90 300` | Rẽ trái tại chỗ | | `right ` | `right 90 300` | Rẽ phải tại chỗ | | `stop` | `stop` | Dừng ngay | | `status` | `status` | In trạng thái robot | | `help` | `help` | In hướng dẫn lệnh | Trong bài này, tốc độ bị giới hạn từ 50 đến 130, thời gian bị giới hạn từ 100 đến 1200 ms. Giới hạn này giúp robot không chạy quá nhanh khi học viên mới thử. ## Thực hành từng bước 1. Kê robot lên, upload code và mở Serial Monitor. 2. Gõ `help`, kiểm tra code in đúng cú pháp. 3. Gõ `fwd 90 500`, bánh xe phải quay tiến rồi tự dừng. 4. Gõ `left 90 300` và `right 90 300`, kiểm tra chiều quay. 5. Đặt hộp giấy cách cảm biến khoảng 15 cm, gõ `fwd 90 500`; robot phải từ chối hoặc dừng. 6. Đặt robot xuống sàn, chạy từng lệnh ngắn trong vùng an toàn. 7. Ghi lại 5 lệnh đã thử, log, và hành vi thực tế. ## Code mẫu hoàn chỉnh ```cpp /* G1 27 - Dieu khien robot qua Serial an toan Board: ESP32-S3 DevKit + TB6612FNG + HC-SR04 */ const int PIN_TRIG = 5; const int PIN_ECHO = 18; const int PIN_LED = 2; const int PIN_BUZZER = 15; const int PIN_STBY = 33; const int L_PWM = 25; const int L_IN1 = 26; const int L_IN2 = 27; const int R_PWM = 14; const int R_IN1 = 12; const int R_IN2 = 13; const int MIN_SPEED = 50; const int MAX_SPEED = 130; const unsigned long MIN_MS = 100; const unsigned long MAX_MS = 1200; const float SAFE_FORWARD_CM = 20.0; const unsigned long SENSOR_INTERVAL_MS = 80; enum Motion { STOPPED, FWD, BACK, LEFT, RIGHT }; Motion motion = STOPPED; unsigned long motionEndsAt = 0; unsigned long lastSensorMs = 0; float distanceCm = -1.0; const char *motionName(Motion m) { switch (m) { case STOPPED: return "STOPPED"; case FWD: return "FWD"; case BACK: return "BACK"; case LEFT: return "LEFT"; case RIGHT: return "RIGHT"; } return "UNKNOWN"; } float readDistanceCm() { digitalWrite(PIN_TRIG, LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(PIN_TRIG, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(PIN_TRIG, LOW); unsigned long duration = pulseIn(PIN_ECHO, HIGH, 30000UL); if (duration == 0) return -1.0; float cm = duration * 0.0343 / 2.0; if (cm < 3.0 || cm > 150.0) return -1.0; return cm; } void setMotor(int pwmPin, int in1, int in2, int speed) { speed = constrain(speed, -255, 255); digitalWrite(in1, speed >= 0 ? HIGH : LOW); digitalWrite(in2, speed >= 0 ? LOW : HIGH); analogWrite(pwmPin, abs(speed)); } void drive(int leftSpeed, int rightSpeed) { setMotor(L_PWM, L_IN1, L_IN2, leftSpeed); setMotor(R_PWM, R_IN1, R_IN2, rightSpeed); } void stopRobot(const char *reason) { drive(0, 0); motion = STOPPED; digitalWrite(PIN_LED, LOW); Serial.print("event=STOP reason="); Serial.print(reason); Serial.print(" distance_cm="); Serial.println(distanceCm, 1); } void beep(bool ok) { int count = ok ? 1 : 2; for (int i = 0; i < count; i++) { digitalWrite(PIN_BUZZER, HIGH); delay(25); digitalWrite(PIN_BUZZER, LOW); delay(35); } } void printHelp() { Serial.println("Commands:"); Serial.println(" fwd 90 500 | back 80 400 | left 90 300 | right 90 300"); Serial.println(" stop | status | help"); Serial.println("Limits: speed 50-130, time 100-1200 ms"); } void updateSensor() { unsigned long now = millis(); if (now - lastSensorMs < SENSOR_INTERVAL_MS) return; lastSensorMs = now; distanceCm = readDistanceCm(); } bool splitMoveCommand(String cmd, String &action, int &speed, unsigned long &durationMs) { cmd.trim(); cmd.toLowerCase(); int firstSpace = cmd.indexOf(' '); int secondSpace = cmd.indexOf(' ', firstSpace + 1); if (firstSpace < 0 || secondSpace < 0) return false; action = cmd.substring(0, firstSpace); speed = cmd.substring(firstSpace + 1, secondSpace).toInt(); durationMs = cmd.substring(secondSpace + 1).toInt(); bool actionOk = action == "fwd" || action == "back" || action == "left" || action == "right"; bool speedOk = speed >= MIN_SPEED && speed <= MAX_SPEED; bool timeOk = durationMs >= MIN_MS && durationMs <= MAX_MS; return actionOk && speedOk && timeOk; } void startMotion(const String &action, int speed, unsigned long durationMs) { updateSensor(); if (action == "fwd" && distanceCm > 0 && distanceCm <= SAFE_FORWARD_CM) { stopRobot("OBSTACLE_TOO_CLOSE"); beep(false); return; } if (action == "fwd") { motion = FWD; drive(speed, speed); } else if (action == "back") { motion = BACK; drive(-speed, -speed); } else if (action == "left") { motion = LEFT; drive(-speed, speed); } else if (action == "right") { motion = RIGHT; drive(speed, -speed); } motionEndsAt = millis() + durationMs; digitalWrite(PIN_LED, HIGH); beep(true); Serial.print("event=MOVE_OK motion="); Serial.print(motionName(motion)); Serial.print(" speed="); Serial.print(speed); Serial.print(" duration_ms="); Serial.print(durationMs); Serial.print(" distance_cm="); Serial.println(distanceCm, 1); } void handleCommand(String cmd) { cmd.trim(); String lower = cmd; lower.toLowerCase(); if (lower == "help") { printHelp(); return; } if (lower == "stop") { stopRobot("USER_STOP"); beep(true); return; } if (lower == "status") { Serial.print("status motion="); Serial.print(motionName(motion)); Serial.print(" distance_cm="); Serial.println(distanceCm, 1); return; } String action; int speed = 0; unsigned long durationMs = 0; if (!splitMoveCommand(cmd, action, speed, durationMs)) { stopRobot("BAD_COMMAND"); beep(false); Serial.println("hint=try: fwd 90 500"); return; } startMotion(action, speed, durationMs); } void setup() { Serial.begin(115200); pinMode(PIN_TRIG, OUTPUT); pinMode(PIN_ECHO, INPUT); pinMode(PIN_LED, OUTPUT); pinMode(PIN_BUZZER, OUTPUT); pinMode(PIN_STBY, OUTPUT); pinMode(L_PWM, OUTPUT); pinMode(L_IN1, OUTPUT); pinMode(L_IN2, OUTPUT); pinMode(R_PWM, OUTPUT); pinMode(R_IN1, OUTPUT); pinMode(R_IN2, OUTPUT); digitalWrite(PIN_STBY, HIGH); stopRobot("BOOT"); Serial.println("G1 27 safe serial control ready"); printHelp(); } void loop() { updateSensor(); if (Serial.available()) { handleCommand(Serial.readStringUntil('\n')); } if (motion == FWD && distanceCm > 0 && distanceCm <= SAFE_FORWARD_CM) { stopRobot("OBSTACLE_DURING_FORWARD"); beep(false); } if (motion != STOPPED && millis() >= motionEndsAt) { stopRobot("TIME_DONE"); } } ``` ## Giải thích code theo từng khối - `splitMoveCommand()` tách lệnh thành `action`, `speed`, `durationMs`. - Code chỉ chấp nhận 4 hướng chạy và giới hạn tốc độ/thời gian. - `startMotion()` kiểm tra vật cản trước khi cho robot tiến. - Trong `loop()`, robot tiếp tục đọc HC-SR04. Nếu đang tiến mà vật cản quá gần, robot dừng ngay. - Lệnh sai luôn gọi `stopRobot("BAD_COMMAND")` để robot về trạng thái an toàn. ## Kiểm thử robot thật | Lần thử | Lệnh | Kết quả mong đợi | |---:|---|---| | 1 | `fwd 90 500` | Robot tiến ngắn rồi dừng | | 2 | `back 80 400` | Robot lùi ngắn rồi dừng | | 3 | `left 90 300` | Robot rẽ trái tại chỗ | | 4 | `fwd 200 500` | Bị từ chối vì speed quá lớn | | 5 | `fwd 90 500` khi có hộp giấy gần | Robot không tiến hoặc dừng ngay | ## Lỗi thường gặp và cách sửa | Lỗi | Nguyên nhân hay gặp | Cách sửa | |---|---|---| | Lệnh đúng nhưng bị báo `BAD_COMMAND` | Thiếu tham số hoặc sai khoảng trắng | Gõ đúng mẫu `fwd 90 500` | | Robot tiến rồi dừng ngay | Vật cản quá gần cảm biến | Dời vật cản ra xa hơn 20 cm | | Robot không tự dừng | Thời gian quá lớn hoặc code cũ chưa upload | Kiểm tra log `TIME_DONE`, upload lại | | Robot đi ngược | Chiều motor bị đảo | Tắt nguồn motor, kiểm tra dây hoặc đổi dấu tốc độ | ## Checklist debug - [ ] `help` in đúng cú pháp. - [ ] Lệnh có tham số hợp lệ chạy được. - [ ] Lệnh sai làm robot dừng. - [ ] Robot tự dừng theo thời gian. - [ ] HC-SR04 dừng robot khi đang tiến gần vật cản. ## Thử thách nhỏ Thêm lệnh `slow` tương đương `fwd 60 400`. So sánh lệnh rút gọn và lệnh đầy đủ, lệnh nào dễ dùng hơn khi đang điều khiển robot? ## Checklist hoàn thành - [ ] Robot chạy theo lệnh Serial có tham số. - [ ] Có bảng kiểm thử ít nhất 5 lệnh. - [ ] Có log cho lệnh hợp lệ, lệnh sai và vật cản gần. - [ ] Có video demo robot thật với lệnh `fwd`, `left`, `right`, `stop`. - [ ] Giải thích được vì sao cần giới hạn speed/time. ## Bài tiếp theo G1 28 sẽ dùng cùng ý tưởng lệnh an toàn này để tạo Web Control đơn giản trên ESP32, điều khiển robot từ trình duyệt trong cùng mạng WiFi. --- ## Điều hướng bài học **Bài tiếp theo:** G1 28 - Tạo Web Control đơn giản trên ESP32 **Bài trước:** G1 26 - Thiết kế lệnh điều khiển từ xa cho robot Gen 1

Điều khiển robot qua Serial an toàn

Ghi danh khóa học để mở bài này