xe tự hành tránh vật cản

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ BÁO CÁO GIỮA KỲ Môn Nhập môn điều khiển thông minh GV Đề tài Xe tự hành tránh vật cản Nhóm 6 Họ và Tên Mã Sinh Viên Bùi Văn Việt Trần Đại Nghĩa Hồ Thức Nhân Bùi Hồng Sơn Hà Nội 2022 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học đời sống, cuộc sống của con người đã thay đổi ngày một tốt hơn, với những thiết bị hiện đại phục vụ trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa Đặc biệt góp phần không nhỏ đó là ngành kĩ thuật điện – điện tử tro.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ BÁO CÁO GIỮA KỲ Môn: Nhập môn điều khiển thông minh GV: Đề tài: Xe tự hành tránh vật cản Nhóm 6: Họ Tên Bùi Văn Việt Trần Đại Nghĩa Hồ Thức Nhân Bùi Hồng Sơn Hà Nội 2022 LỜI MỞ ĐẦU Mã Sinh Viên Ngày nay, phát triển mạnh mẽ khoa học đời sống, sống người thay đổi ngày tốt hơn, với thiết bị đại phục vụ cơng cơng nghiệp hóa, đại hóa Đặc biệt góp phần khơng nhỏ ngành kĩ thuật điện – điện tử nghiệp xây dựng đất nước Những thiết bị điện, điện tử phát triển & ứng dụng rộng rãi đời sống ngày Từ thời gian đầu phát triển vi xử lý cho thấy ưu việt ngày tính ưu việt đố ngày khẳng định thêm Những thành tựu biến tưởng chừng thành có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất tinh thần người Để góp phần làm sang tỏ hiệu ứng dụng thực tế môn điều khiển thông minh, sau thời gian học tập thầy cô khoa giảng kiến thức chuyên ngành, nhóm em thiết kế robot tránh vật cản Arduino cảm biến siêu âm Nhưng thời gian, kiến thức kinh nghiệm nhóm cịn hạn chế, khó tránh khỏi sai sót Bọn em mong giúp đỡ tham khảo ý kiến thầy nhằm phát triển thêm đề tài MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương 1: Giới thiệu đề tài Đặt vấn đề Lý chọn đề tài Mục đích Đối tượng nghiên cứu Giới hạn đề tài Ý nghĩa thực tiễn Chương 2: Các linh kiện Arduino Uno Động Servo Cảm biến siêu âm HC-SR04 Mạch Điều Khiển Động Cơ DC L298N Các linh kiện khác Chương 3: Sơ đồ mạch code Sơ đồ mạch Code chương trình Nguyên lý hoạt động Chương 4: Kết luận Thực nghiệm Nhận xét Hướng phát triển sản phẩm Tài liệu tham khảo Chương 1:Giới thiệu đề tài Đặt vấn đề Tự tránh vật cản khoa học dẫn hướng xe di chuyển không gian làm việc (đất, nước, khơng khí ) Trong vấn đề tránh vật cản, toán quan tâm nhiều tìm đường đích mà khơng chạm vật cản đường Môi trường làm việc xe hồn tồn khơng biết trước biết phần, xe hoàn toàn phải nhờ vào cảm nhận môi trường thông qua cảm biến gắn để dị đường tìm hướng thích hợp để Tuy có hạn chế địi hỏi nhiều lệnh tính tốn nhớ, đặc biệt tình xấu xảy đồ mơi trường làm việc khơng thích hợp cảm biến gây nhiễu cảm biến Trong đó, xe tự dị đường biết thơng tin xung quanh qua sensor cảm nhận môi trường gắn Vì thế, xe tự dị đường khơng hồn thành việc tới đích (mặc dù thực tế có đường tới đích), khái niệm tối ưu khơng có ý nghĩa toán Tuy nhiên, yêu cầu tính tốn, dung lượng nhớ thấp tính linh hoạt cao (như tránh vật cản vật di động) khiến vấn đề tự động né tránh tìm kiếm hướng thích hợp cấp thiết hết Lý chọn đề tài Theo dự đốn sau cách mạng lớn internet cách mạng lĩnh vực robot Các Robot ứng dụng đời sống ngày nhiều robot vận chuyển hàng hóa, robot kiểm tra nguy hiểm, robot xe lăn cho người khuyết tật Robot phục vụ sinh hoạt gia đình… Điểm hạn chế robot tự hành tính thiếu linh hoạt khả thích ứng làm việc vị trí khác Từ lý nảy sinh vấn đề tránh vật cản cho robot tự hành nhằm nâng cao tính linh hoạt cho robot Hầu hết robot đại có kiểu tránh vật cản robot xác định vật cản dừng lại khoảng cách ngắn so với vật cản để tránh va chạm, đến thuật toán tinh tế hơn, cho phép robot di chuyển theo đường viền quanh vật cản Nhằm bước tiếp cận tạo tảng cho q trình nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ vào sản phẩm phù hợp thực thế, nhóm đồ án chúng em chọn đề tài: “Xe tự hành tránh vật cản” Mục đích • Hiểu rõ linh kiện thường dùng • Xây dựng xe tự hành hồn chỉnh có khả tránh vật cản q trình di chuyển Hồn thiện thêm kiến thức trình thực hành Đối tượng nghiên cứu • Board Arduino Uno R3 • Lập trình Arduino • Cảm biến siêu âm HC-SR04 Giới hạn đề tài • Nghiên cứu phần cứng Arduino, thiết kế đơn giản khoảng cách phát vật cản tối đa 30cm, xe mơ hình đơn giản, nhỏ, mang tính chất thí nghiệm, chưa có nhiều tính phức tạp Vật cản vật khơng có tính chất hấp thụ hay phản xạ sóng siêu âm Ý nghĩa thực tiễn Xe tự tránh vật cản xe thơng minh Nó tự phát vật cản tự động né tránh vật cản trước đưa hướng thích hợp (thơng thống khơng có vật cản) mà khơng cần tác động vật lý hay tác động khác Giúp xe đến nơi nguy hiểm để thực tác vụ quan trọng mà người khơng thể đến nhằm mục đích bảo vệ người an tồn, nâng cao chất lượng cơng việc Ngồi xe cịn có tác dụng phịng tránh hiểm họa xảy việc người điều khiển thời điều khiển xe đến vị trí an tồn hệ thống tự động điền khiển xe đến vị trí an tồn Chương 2: Các linh kiện Arduino Uno ● Giới thiệu Arduino Arduino bo mạch vi xử lý dùng để lập trình tương tác với thiết bị phần cứng cảm biến, động cơ, đèn số thiết bị khác Lý Arduino biết đến rộng rãi nhờ môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, ngôn ngữ lập trình dễ tiếp cận Hơn điều đặc biệt tạo nên cộng đồng Arduino mạnh mẽ Arduino có mức giá thấp, mã nguồn từ phần cứng đến phần mềm mở ● Giới thiệu Arduino Uno  Vi điều khiển Arduino UNO sử dụng vi điều khiển họ 8bit AVR ATmega8, ATmega168, ATmega328 Bộ não xử lý tác vụ đơn giản điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lý tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm trạm đo nhiệt độ - độ ẩm hiển thị lên hình LCD  Năng lượng Arduino UNO cấp nguồn 5V thơng qua cổng USB cấp nguồn với điện áp khuyên dùng 7-12V DC giới hạn 6-20V Nếu cấp nguồn vượt ngưỡng giới hạn làm hỏng Arduino UNO  Các chân lượng GND (Ground): cực âm nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi dùng thiết bị sử dụng nguồn điện riêng biệt chân phải nối với 5V: cấp điện áp 5V đầu Dòng tối đa cho phép chân 500mA 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu Dòng tối đa cho phép chân 50mA Vin (Voltage Input): để cấp nguồn cho Arduino UNO, nối cực dương nguồn với chân cực âm nguồn với chân GND IOREF: Điện áp hoạt động vi điều khiển Arduino UNO đo chân Và dĩ nhiên ln 5V Mặc dù không lấy nguồn 5V từ chân để sử dụng chức khơng phải cấp nguồn RESET: việc nhấn nút Reset board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET nối với GND qua điện trở 10KΩ  Bộ nhớ Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng: ● 32KB nhớ Flash: đoạn lệnh bạn lập trình lưu trữ nhớ Flash vi điều khiển Thường có khoảng vài KB số dùng cho bootloader đừng lo, bạn cần 20KB nhớ đâu ● 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị biến bạn khai báo lập trình lưu Bạn khai báo nhiều biến cần nhiều nhớ RAM Tuy vậy, thực nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạn phải bận tâm Khi điện, liệu SRAM bị ● 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): giống ổ cứng mini – nơi bạn đọc ghi liệu vào mà khơng phải lo bị cúp điện giống liệu SRAM  Các cổng vào/ra Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc xuất tín hiệu Chúng có mức điện áp 0V 5V với dòng vào/ra tối đa chân 40mA Ở chân có điện trở pull-up từ cài đặt vi điều khiển ATmega328 (mặc định điện trở không kết nối) Một số chân digital có chức đặc biệt sau: ● chân Serial: (RX) (TX): dùng để gửi (transmit – TX) nhận (receive – RX) liệu TTL Serial Arduino Uno giao tiếp với thiết bị khác thông qua chân Kết nối bluetooth thường thấy nói nơm na kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng chân không cần thiết ● Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, 11: cho phép bạn xuất xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) hàm analogWrite() Nói cách đơn giản, bạn điều chỉnh điện áp chân từ mức 0V đến 5V thay cố định mức 0V 5V chân khác ● Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài chức thơng thường, chân cịn dùng để truyền phát liệu giao thức SPI với thiết bị khác ● LED 13: Arduino UNO có đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn thấy đèn nhấp nháy để báo hiệu Nó nối với chân số 13 Khi chân người dùng sử dụng, LED sáng Arduino UNO có chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp khoảng 0V → 5V Với chân AREF board, bạn để đưa vào điện áp tham chiếu sử dụng chân analog Tức bạn cấp điện áp 2.5V vào chân bạn dùng chân analog để đo điện áp khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải 10bit Đặc biệt, Arduino UNO có chân A4 (SDA) A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với thiết bị khác Động Servo Động servo có góc quay 0-180o - Động servo thiết kế cho hệ thống hồi tiếp vịng kín - Khi động quay, vận tốc vị trí hồi tiếp mạch điều khiển - Chức Servo điều khiển vị trí, thay đổi tốc độ xác, điều chỉnh momen phù hợp với ứng dụng công việc Động RC servo 9G Động RC Servo 9G động phổ biến dùng mơ hình điều khiển nhỏ đơn giản cánh tay robot Động có tốc độ phản ứng nhanh, tích hợp sẵn Driver điều khiển động cơ, dễ dàng điều khiển góc quay phương pháp điều độ rộng xung PWM Đặc điểm: - Kích thước: 23mmX12.2mmX2i9mm Trọng lượng: gam Điện áp hoạt động: 4.2-6V Nhiệt độ: ℃ – 55 ℃ Tốc độ: 0.3 giây / 60 độ Cảm biến siêu âm HC-SR04 Cảm biến siêu âm HC-SR04 (Ultrasonic Sensor) sử dụng phổ biến để xác định khoảng cách RẺ CHÍNH XÁC Cảm biến HC-SR04 sử dụng sóng siêu âm đo khoảng cách khoảng từ -> 300cm, với độ xác gần phụ thuộc vào cách lập trình VCC (5V), trig (chân điều khiển phát), echo (chân nhận tín hiệu phản hồi), GND (nối đất) Cảm biến siêu âm SR04 sử dụng nguyên lý phản xạ sóng siêu âm Cảm biến gồm module.1 module phát sóng siêu âm module thu sóng siêu âm phản xạ Đầu tiên cảm biến phát sóng siêu âm với tần số 40khz Nếu có chướng ngại vật đường đi, sóng siêu âm phản xạ lại tác động lên module nhận sóng Bằng cách đo thời gian từ lúc phát đến lúc nhận sóng ta tính khoảng cách từ cảm biến đến chướng ngại vật Khoảng cách = (thời gian * vận tốc âm (340 m/s) / THÔNG SỐ KỸ THUẬT CẢM BIẾN SIÊU ÂM HC-SR04 • • • • • • • Điện áp: 5V DC Dòng hoạt động: < 2mA Mức cao: 5V Mức thấp: 0V Góc tối đa: 15 độ Khoảng cách: 2cm – 450cm (4.5m) Độ xác: 3mm Mạch Điều Khiển Động Cơ DC L298N Mạch điều khiển động DC L298N có khả điều khiển động DC, dòng tối đa 2A động cơ, mạch tích hợp diod bảo vệ IC nguồn 7805 giúp cấp nguồn 5VDC cho module khác (chỉ sử dụng 5V nguồn cấp