Đề tài robot dò line

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT BÌNH DƯƠNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ o0o BÁO CÁO KẾT THÚC HỌC PHẦN NHẬP MÔN CƠ ĐIỆN TỬ Đề tài ROBOT DÒ LINE GV giảng dạy Th S Võ Văn Ân Sinh viên t.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT BÌNH DƯƠNG KHOA KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ o0o BÁO CÁO KẾT THÚC HỌC PHẦN NHẬP MÔN CƠ ĐIỆN TỬ Đề tài: ROBOT DÒ LINE GV giảng dạy: Th.S Võ Văn Ân Sinh viên thực hiện: Lê Phát Anh Trần Kim Anh Võ Trường Quốc Huỳnh Quốc Khánh Lê Văn Tiên Lớp : D19D02A Bình Dương, tháng 08 năm 2022 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Trường Đại Học Kinh Tế-Kỹ Thuật Bình Dương đưa mơn học“Nhập Mơn Cơ Điện Tử” vào chương trình giảng dạy chuyên ngành chúng em Và đặc biệt hết em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Võ Văn Ân Trong q trình học tập tìm hiểu mơn Nhập Môn Cơ Điện Tử, em nhận quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn tận tình tâm huyết Thầy Trong suốt thời gian kể từ bắt đầu học tập lớp, em nhận không kiến thức bổ ích quý giá, kèm theo q trình giảng dạy Thầy tạo điều kiện để chúng em có hội thảo luận làm việc nhóm qua chúng em thỏa thích sáng tạo theo quan điểm riêng tạo cho chúng em có tinh thần học tập hiệu Đây thứ mà chúng em cần em xem chúng kho báu hành trang để em vững bước sau Tuy trau dồi khơng kiến thức môn Nhập Môn Cơ Điện Tử từ Thầy Nhưng kiến thức vô hạn mà tiếp nhận kiến thức thân người tồn hạn chế định Do đó, trình học tập làm khó tránh sai sót Để làm báo cáo với tất kiến thức vốn có, tâm huyết cố gắng, em mong nhận góp ý đến từ Thầy để báo cáo em hồn thiện Em xin trân trọng cảm ơn! Bình Dương, tháng 08 năm 2022 LỜI NĨI ĐẦU Trong giai đoạn cơng nghiệp hố đại hoá kinh tế đất nước, ngày điều khiển tự động trở thành nhu cầu thiếu người, xuất học thuyết ứng dụng cụ thể đời sống ngày, nói điều khiển tự động chi phối dần sống Con người cố gắng sáng tạo robot có khả làm việc thay cho người, thường bắt gặp robot dây chuyền công nghiệp sản xuất tự động hay robot giúp việc gia đình Để tìm ý tưởng sáng tạo hay hàng năm diễn thi robocon châu thái bình dương tiền đề để tạo robot có khả áp dụng vào thực tế Cũng mục đích mà chúng em thực đồ án điều khiển robot dò đường, lại bước khởi đầu lập trình robot để robot thực cơng việc Đây công việc nhỏ lập trình điều khiển robot qua trình thiết kế thi công đề tài chúng em rút nhiều kinh nghiệm thực tiễn quý báu Mục đích đề tài hướng đến tạo bươc đầu cho sinh viên thử nghiệm ứng dụng thực tiễn để từ tìm tịi, phát triển nhiều ứng dụng khác đời sống ngày cần đến Với hướng dẫn tận tình thầy “ Võ Văn Ân ” nhóm em tiến hành thiết kế đề tài hoàn thành thời hạn giao Mặc dù cố gắng để hồn thành xong đồ án môn học kiến thức học số sách tham khảo số nguồn tài liệu khác không tránh khỏi thiếu sót Do vậy, chúng em mong góp ý q báu thầy bạn để đề tài hồn thiện cao Em xin chân thành cảm ơn! LỜI NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT DÒ LINE 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.2.1 Đối tượng 1.2.2 Phạm vi nghiên cứu 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa khoa học ứng dụng thực tiễn đề tài: CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu Arduino UNO R3 2.1.1 Giới thiệu chung Arduino 2.1.2 Cấu tạo Arduino R3 2.1.3 Thông số Arduino Uno R3 2.1.4 Chức Năng Arduino R3 2.1.5 Giao diện phần mềm Arduino 10 2.2 Giới thiệu L293D 12 2.2.1 Khả điều khiển Shield : 13 2.2.2 Ứng dụng 13 2.2.3 Các chân Shield kết nối với board Arduino sau: 14 2.3 Cảm biến vật cản hồng ngoại 14 2.4 Động giảm tốc vàng kèm bánh xe: 16 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THI CÔNG 17 3.1 sơ đồ khối 17 3.2 Sơ đồ nguyên lý 18 3.3 Tính tốn theo lý thuyết 18 3.4 Lưu đồ robot dò line 20 3.5 Thi công 21 3.5.1 Giới thiệu 21 3.6 Hoàn thiện sản phẩm 25 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 26 4.1 Ưu điểm: 26 4.2 Hạn chế: 26 4.3 Hướng phát triển: 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 Sách tham khảo 27 Trang web tham khảo 27 PHỤ LỤC:CODE ARDUINO 28 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT DỊ LINE 1.1 Đặt vấn đề Tự động hố tổng hợp nhiều lĩnh vực khí, điều khiển, công nghệ thông tin điện tử Các lĩnh vực kết hợp lại với tạo thành hệ thống tự động hoá cao tự động q trình sản xuất Ngành cơng nghiệp tự động hố ngày có vai trị quan trọng cần thiết để đáp ứng mục tiêu phát triển kinh tế, q trình cơng nghiệp hố đại hố Nó địi hỏi nguồn nhân lực có trình độ cao để vận hành Robot xuất sống ngày trở thành phần thiếu sống đại Chúng góp phần vào cơng lao động, robot làm nên cách mạng khoa học, kỹ thuật phục vụ đắc lực cho ngành khoa học như: khoa học quân sự, khoa học giáo dục, ngành dịch vụ, giải trí… Trong đồ án lần em thực thiết kế Robot dị line, Robot tiên tiến phần phục vụ cho Robot công tác dị tìm đường tự động, đồ án tạo cho em tảng để làm lớn hơn, có ich q trình học tập làm việc sau 1.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.2.1 Đối tượng Mơ hình xe dị line Chạy mơ hình ổn định q trình cảm biến điều khiển động theo đồ có line đơn giản 1.2.2 Phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu nguyên lý hoạt động số linh kiện: L298N, Arduino R3, Cảm biến số linh kiện khác phục vụ cho đề tài Thời gian kiến thức có hạn, nên phạm vi đồ án tập trung vào nghiên cứu thiết kế xe đơn giản nên sở hoạt động phận cảm biến điều chỉnh động 1.3 Phương pháp nghiên cứu Đồ án làm rõ đề phương pháp nghiên cứu phần mềm: Protues, ráp mạch testboard, kinh nghiệm có sẵn tìm kiếm số tài liệu có liên quan từ sách linh kiện điện tử 1.4 Ý nghĩa khoa học ứng dụng thực tiễn đề tài: Đề tài “ Thiết kế mạch cảm biến dò line robot/ xe dò line ” ngừng lại phạm vi nhỏ đề tài có ý nghĩa quan trọng công nghệ chế tạo Robot đại Đóng vai trị mắt Robot, nhận biết dường Với thời kì hiên đại nay, đề tài có ứng dụng rộng rãi công nghệ chế tạo Robot, đặc biệt Robot dò đường xuất hầu hết thi robocon, khơi nguồn sáng tạo vô tận sinh viên để Robot chạy ổn định CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu Arduino UNO R3 2.1.1 Giới thiệu chung Arduino Arduino Uno board mạch vi điều khiển phát triển Arduino.cc, tảng điện tử mã nguồn mở chủ yếu dựa vi điều khiển AVR Atmega328P Với Arduino xây dựng ứng dụng điện tử tương tác với thông qua phần mềm phần cứng hỗ trợ Khi arduino chưa đời, để làm dự án điện tử nhỏ liên quan đến lập trình, biên dịch, cần đến hỗ trợ thiết bị biên dịch khác để hỗ trợ Ví dụ như, dùng Vi điều khiển PIC IC vi điều khiển họ 8051 , phải thiết kế chân nạp onboard, mua thiết bị hỗ trợ nạp biên dịch mạch nạp 8051, mạch nạp PIC Hiện Arduino biết đến Việt Nam rộng rãi Từ học sinh trung học, đến sinh viên người làm Những dự án nhỏ lớn thực cách nhanh, mã nguồn mở chia sẻ nhiều diễn dàn nước nước ngồi Giúp ích nhiều cho bạn theo đam mê nghiên cứu chế tạo sản phẩm có ích cho xã hội Trong năm qua, Arduino não cho hàng ngàn dự án điện tử lớn nhỏ, từ sản phẩm đời ứng dụng đơn giản sống đến dự án khoa học phức tạp Cứ vậy, thư viện mã nguồn mở ngày tăng lên, giúp ích cho nhiều người biết đến Arduino chuyên viên lập trình nhúng chuyên gia tham khảo xây dựng tiếp nối Bạn muốn thiết kế điều khiển thiết bị thông qua cảm biến ánh sáng, Đo nồng độ hóa chất, khí ga xử lý thông qua cảm biến nồng độ cảm biến khí, Bạn muốn làm robot mini, Bạn muốn quản lý tắt mở thiết bị điện nhà, bạn muốn điều khiển motor, nhận dạng ID, Khó xíu bạn muốn làm máy CNC máy in 3D mini, máy bay không người lái ( Flycam) hệ thống thu thập liệu thông qua GSM, xử lý ảnh,điều khiển vạn vật thông qua internet giao tiếp với điện thoại thông minh Để làm điều đó, từ đơn giản đến phức tạp bạn cần sử dụng ngơn ngữ lập trình Arduino dựa sơ đồ, hệ thống bạn thiết kế, thông qua phần mềm Arduino IDE, để thực yêu cầu đưa phận xử lý trung tâm ( Arduino) Hình 2.1 giới thiệu boar Arduino đến 5V Độ nhạy sáng cảm biến vật cản hồng ngoại điều chỉnh chiết áp, cảm biến dễ lắp ráp, dễ sử dụng,… Có thể sử dụng rộng rãi robot tránh chướng ngại vật, xe tránh chướng ngại vật dị đường… THƠNG SỐ KỸ THUẬT  Bộ so sánh sử dụng LM393, làm việc ổn định  Điện áp làm việc: 3.3V – 5V DC  Khi bật nguồn, đèn báo nguồn màu đỏ sáng  Lỗ vít mm, dễ dàng cố định, lắp đặt  Kích thước: 3.2cm * 1.4cm  Các mơ-đun so sánh điện áp ngưỡng thông qua chiết áp, sử dụng chế độ thông thường, xin vui lịng khơng tự ý điều chỉnh chiết áp SƠ ĐỒ CẢM BIẾN VẬT CẢN HỒNG NGOẠI Hình 2.5 cơng dụng cảm biến hồng ngoại Cổng giao tiếp:  VCC: điện áp chuyển đổi từ 3.3V đến 5V (có thể kết nối trực tiếp đến vi điều khiển 5V 3.3V)  GND: GND  OUT: đầu kỹ thuật số (0 1) 15 2.4 Động giảm tốc vàng kèm bánh xe: Động giảm tốc vàng loại lựa chọn sử dụng nhiều cho thiết kế Robot đơn giản Động DC giảm tốc vàng có chất lượng giá thành vừa phải với khả dễ lắp ráp đem đến chi phí tiết kiệm tiện dụng cho người sử dụng, bạn mua động giảm tốc vàng mua thêm gá bắt động vào thân Robot bánh xe tương thích THƠNG SỐ KỸ THUẬT  Điện áp hoạt động: 3­-9VDC  Dòng điện tiêu thụ: 110140mA  Tỉ số truyền: 1:120  Số vòng/1phút:  50 vòng/ phút 3VDC  83 vòng/ phút 5VDC  Moment: 1.0KG.CM Bánh xe V1 thiết kế để sử dụng với động giảm tốc V1 Bánh xe V1 loại bánh sử dụng nhiều thiết kế robot có giá thành phải chăng, chất lượng tốt, dể lắp ráp ứng dụng thiết kế  Chất liệu: Nhựa, cao su, mút  Đường kính: 65mm 16 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THI CÔNG 3.1 sơ đồ khối Khối nguồn ` Khối chấp hành Khối xử lý trung tâm Khối Động Cơ Khối cảm biến  Khối nguồn: Sử dụng điện áp 12V Để cung cấp nguồn cho khối khuếch đại hoạt động ta sử dụng IC 7805 tụ để làm mạch nguồn đơn giản cấp cho khối khuếch đại hoạt động  Điều khiển tắt mở nguồn  Chia nguồn thành nhiều mức nguồn khác  Ổn định nguồn cung cấp cho tải tiêu thụ 17  Khối cảm biến: sử dụng quang trở nhận tín hiệu vạch dẫn đường led siêu sáng hiển thị cho cảm biến dò đường  Khối xử lý trung tâm: quan trọng L298N so sánh điện áp từ cầu chia điện thế, nhận tín hiệu từ khối cảm biến  Khối điều khiển: nhận tín hiệu từ ngõ L298N IC 7805 tích hợp điều khiển đưa mức kích transistor điều khiển khối chấp hành động  Khối động cơ: để tăng, giảm tốc độ Cách bố trí cảm biến Loại ánh sáng led phát có ảnh hưởng trực tiếp tới khả cảm biến Trong mạch sử dụng quang trở nên màu sắc led phát khơng quan trọng phụ thuộc vào cường độ ánh sáng Tuy nhiên, sử dụng led hồng ngoại phụ thuộc vào cường độ hồng ngoại Ở ta dùng cảm biến hông ngoại quang trở để cảm biến dò đường, cảm biến phát tín hiệu có tín hiệu phản lại quang trở thay đổi điện trở, phát tín hiệu đưa vào op-amp xử lý đưa tín hiệu điều khiển động 3.2 Sơ đồ nguyên lý 3.3 Tính tốn theo lý thuyết Từ thơng số linh kiện chọn trên, có thơng số cần tính tốn như:  Tính dung lượng tiêu thụ trung bình(lý thuyết): 18  Giả sử vị trí đặt thùng rác điểm đổ rác 153m đoạn đường 306m  Tổng thời gian về: t=s/v=306/0,515=594 giây = 10 phút  Số sử dụng lượng pin 12v 6000/678=8,93 Giờ  Giả sử ngày thùng rác lần  Số ngày sử dụng pin 12v 8,93x3= 26 ngày  Sau 26 ngày ta cần sạc lần  Tính vận tốc xe (lý thuyết);  Sử dụng động giảm tốc GA25 250 vòng/phút  Tốc độ khơng tải 250 vịng/phút  Tốc độ có tải 175 vòng/phút, dòng điện tiêu thụ 240  Ta cho động chạy với 70% công suất tương đương 123 vòng/phút dòng điện tiêu thụ 168Ma  Tổng cộng động cơ: IDC =168*4 = 672  Đường kính bánh xe 8cm => chu vi bánh xe C= 3.14 * d=0,251 m  (động quay vòng thùng rác 0,251m)  Trong phút thùng rác đoạn đường s=123*0.251=30,9 m  Vận tốc di chuyển thùng rác v=s/t=30,9/60=0,515 m/s 19 3.4 Lưu đồ robot dò line START XÁC ĐỊNH S S=SMAX RẼ TRÁI 900 ĐỌC GIÁ TRỊ CẢM BIẾN CẢM BIẾN TÍNH TỐN VẬN TỐC BÁNH BỘ ĐIỀU KHIÊN PID CẤP XUNG PMW CHO BÁNH ĐỌC GIÁ TRỊ ENCODER Hình 3.1 Lưu đồ giải thuật 20 STOP END 3.5 Thi công 3.5.1 Giới thiệu Trong chương trình thi cơng mơ hình robot dị line, lập trình, lắp ráp phần cứng test module Bên cạnh hình vẽ chụp từ mơ hình thực bổt dị line, hình chụp kết chạy mà mơ hinhg tính tới thời điểm Thi cơng mơ hình xe robot dị line - Chuẩn bị vật liệu: Thước, kéo, mica,khoan,ốc vít board Arduino Uno Hình 3.2 Boar Arduino R3 21 Modul thu phát hồng ngoại IR Hình 3.3 Cảm biến Hồng ngoại 22 Khung robot Hình 3.4 Khung xe Motor Driver IC – L293D Hình 3.5 Driver L293D 23 bánh xe gắn kèm motor Hình 3.6 động giảm tốc - ban đầu đo đạc khoan lỗ để gắn ốc vít cố định bánh xe vào phần đế Hình 3.7 ảnh thực tế thiết kế khung xe robot dị line 24 3.6 Hồn thiện sản phẩm Hình 3.8 ảnh thực xe hồn chỉnh 25 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Ưu điểm: Đạt yêu cầu đặt ra: chạy đường line định sẵn, thiết kế khí đảm bảo độ cứng vững 4.2 Hạn chế: Cảm biến dễ bị nhiễu, tốc độ xe nhanh, điểm rẽ xe chạy chưa ổn định Trong trình làm đồ án, gặp nhiều vấn đề thực tiển khác với lý thuyết học buộc nhóm phải tìm cách khắc phục nó, từ bổ sung nhiều phần hổng q trình học tập Hiểu rõ trình thiết kế, lập trình robot bám đường đơn giản 4.3 Hướng phát triển: Dựa vào cách hoạt động robot dò line phát triển rộng để tạo loại robot khác phục vụ lĩnh vực sống, giúp người thực công việc phức tạp cách đơn giản, nhẹ nhàng 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo [1]TS.Trần Thu Hà,”Giáo trình điện tử bản”, Đại học SPKT Tp.HCM,2013 [2]ThS Nguyễn Đình Phú, “Giáo trình vi xử lý”,NXB Đại Học Quốc Gia,2013 [3]Nguyễn Ngọc Bảo-Bùi Sỹ Nguyên,GPS ứng dụng định vị giám sát”,Đồ Án Tốt Nghiệp ĐH, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật,2010 [4]Ngô Phương Nam-Lê Văn Tài,”Xe điều khiển giọng nói hổ trợ trẻ em học qua trò chơi điện thoại Android”, Đồ Án Tốt Nghiệp ĐH, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật,2017 Trang web tham khảo Cộng đồng Arduino Việt Nam | Tôi yêu Việt Nam https://www.youtube.com/watch?v=hdpzOZXCT6E http://arduino.vn/result/1306-robot-tranh-vat-can Vi xử lý - Vi điều khiển (webdien.com) Thuật toán – Wikipedia tiếng Việt 27 PHỤ LỤC:CODE ARDUINO #include #define left A0 #define right A1 AF_DCMotor motor1(1, MOTOR12_1KHZ); AF_DCMotor motor2(2, MOTOR12_1KHZ); AF_DCMotor motor3(3, MOTOR34_1KHZ); AF_DCMotor motor4(4, MOTOR34_1KHZ); void setup() { pinMode(left,INPUT); pinMode(right,INPUT); Serial.begin(9600); } void loop(){ Serial.println(digitalRead(left)); Serial.println(digitalRead(right)); if(digitalRead(left)==0 && digitalRead(right)==0){ // Robot di chuyển tiến motor1.run(FORWARD); motor1.setSpeed(100); // tốc độ di chuyển robot phạm vi từ đến 255 motor2.run(FORWARD); motor2.setSpeed(100);// tốc độ di chuyển robot phạm vi từ đến 255 motor3.run(FORWARD); motor3.setSpeed(100);// tốc độ di chuyển robot phạm vi từ đến 255 motor4.run(FORWARD); motor4.setSpeed(100);// tốc độ di chuyển robot phạm vi từ đến 255 } //Robot so sánh tín hiệu cảm biến else if(digitalRead(left)==0 && !analogRead(right)==0){ 28 //rẽ trái motor1.run(FORWARD); motor1.setSpeed(100); motor2.run(FORWARD); motor2.setSpeed(100); motor3.run(BACKWARD); motor3.setSpeed(100); motor4.run(BACKWARD); motor4.setSpeed(100); } //Robot so sánh tín hiệu cảm biến else if(!digitalRead(left)==0 && digitalRead(right)==0){ //rẽ phải motor1.run(BACKWARD); motor1.setSpeed(100); motor2.run(BACKWARD); motor2.setSpeed(100); motor3.run(FORWARD); motor3.setSpeed(100); motor4.run(FORWARD); motor4.setSpeed(100); } //khi cảm biến khơng có tín hiệu trả else if(!digitalRead(left)==0 && !digitalRead(right)==0){ //dừng lại motor1.run(RELEASE); motor1.setSpeed(0); motor2.run(RELEASE); motor2.setSpeed(0); motor3.run(RELEASE); motor3.setSpeed(0); motor4.run(RELEASE); motor4.setSpeed(0); } } 29 ... kiếm số tài liệu có liên quan từ sách linh kiện điện tử 1.4 Ý nghĩa khoa học ứng dụng thực tiễn đề tài: Đề tài “ Thiết kế mạch cảm biến dò line robot/ xe dò line ” ngừng lại phạm vi nhỏ đề tài có... trọng cơng nghệ chế tạo Robot đại Đóng vai trị mắt Robot, nhận biết dường Với thời kì hiên đại nay, đề tài có ứng dụng rộng rãi công nghệ chế tạo Robot, đặc biệt Robot dò đường xuất hầu hết thi... hình robot dị line, lập trình, lắp ráp phần cứng test module Bên cạnh hình vẽ chụp từ mơ hình thực bổt dị line, hình chụp kết chạy mà mơ hinhg tính tới thời điểm Thi cơng mơ hình xe robot dò line