kl nguyen anh vu 060518d

THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp bước ngoặt đánh dấu chuyển tiếp từ sinh viên trở thành kỹ sư Quá trình làm luận văn q trình học tập, tích lũy kiểm tra lại kiến thức học áp dụng vào thực tế Trong q trình thực luận văn, tơi nhận hỗ trợ động viên nhiều từ gia đình, hướng dẫn, bảo tận tình thầy hướng dẫn Ths THIỀU QUANG TRÍ thầy khác khoa bạn Nay khó khăn qua, luận văn hồn thành Tơi xin chân thành gởi lời cám ơn đến quý thầy cô khoa Điện-Điện Tử, chuyên ngành Tự Động Điều Khiển, trường Đại Học TÔN ĐỨC THẮNG với tất kính trọng biết ơn sâu sắc, tận tình giúp đỡ, dạy bảo suốt thời gian tơi theo học trường Xin chân thành cảm ơn thầy THIỀU QUANG TRÍ, người hướng dẫn trực tiếp đề tài luận văn tơi Trong q trình làm luận văn, thầy tận tình hướng dẫn, định hướng hỗ trợ tơi thực đề tài, giúp giải khó khăn đề tài luận văn Để hoàn thành đề tài thời gian, yêu cầu Một lần xin chân thành cảm ơn thầy Chúc tất thầy cô bạn thật nhiều sức khỏe thành đạt Xin cám ơn SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D -1- THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ MỤC LỤC Lời cảm ơn Danh mục từ viết tắt Danh mục hình vẽ Danh mục bảng biểu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lời mở đầu 10 1.2 Nguồn gốc trình phát triển Robot 10 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI, THÀNH PHẦN VÀ CẤU TẠO CHUNG CỦA ĐỀ TÀI 2.1 Giới thiệu đề tài 12 2.2 Thành phần cấu tạo chung 12 2.2.1 Cấu tạo phần cứng xe 12 2.2.2 Cấu tạo phần điều khiển xe 12 2.2.3 Cấu tạo phần điều khiển tay cầm xe 13 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 3.1 Phương án thiết kế .14 3.1.1 Phần điều khiển xe 14 3.1.2 Phần điều khiển tay cầm .14 3.2 Lựa chọn thiết bị 15 CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 4.1 Vi điều khiển AVR ATmega 16L 16 4.1.1 Kiến trúc vi điều khiển AVR 16 4.1.2 Giới thiệu vi điều khiển AVR ATmega 16l 16 4.1.3 Đặc điểm vi điều khiển AVR ATmega 16l 17 4.1.4 Cấu trúc nhớ 19 4.1.5 Cổng I/O vào 21 4.1.6 Timer/Counter 22 4.1.7 ADC 27 4.1.8 Ngắt 32 4.2 Cảm biến gia tốc góc nghiêng MMA7260Q .33 4.2.1 Tìm hiểu chung cảm biến gia tốc 33 4.2.2 Giới thiệu cảm biến gia tốc MMA7260Q Freescale 34 4.2.3 Cách xác định góc nghiêng với cảm biến MMA7260Q .40 SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D -2- THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ 4.3 Cặp module thu phát RF 41 4.3.1 Module phát RF 42 4.3.2 Module thu RF 43 4.4 Cặp IC giải mã .43 4.4.1 PT2262 43 4.4.2 PT2272 45 4.5 Opamp so sánh LM324 47 4.6 LED thường, LED thu phát hồng ngoại 48 4.7 Quang trở .49 4.8 Cặp transitor IR9540 IR540 49 4.9 IC 74LS139 51 CHƯƠNG 5: GIẢI THUẬT XỬ LÝ VÀ THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ 5.1 Phần bám vạch .53 5.1.1 Giải thuật dò đường 53 5.1.2 Nguyên lý hoạt động 54 5.1.3 Xử lý tín hiệu cảm biến 54 5.1.4 Mạch nguyên lý 55 5.2 Phần tránh vật 56 5.2.1 Giải thuật tránh vật .56 5.2.2 Nguyên lý hoạt động 56 5.2.3 Mạch nguyên lý 58 5.3 Phần xử lý trung tâm 58 5.3.1 Giải thuật xử lý 58 5.3.2 Mạch nguyên lý 60 5.4 Phần điều khiển động 60 5.4.1 Giải thuật điều khiển động 60 5.4.2 Nguyên lý hoạt động 63 5.4.3 Mạch nguyên lý 65 5.5 Phần điều khiển thu phát RF 65 5.5.1 Giải thuật thu phát không dây 65 5.5.2 Nguyên lý hoạt động 68 5.5.3 Mạch nguyên lý 71 5.6 Phần điều khiển tay cầm 72 CHƯƠNG 6: GIẢI THUẬT 6.1 Giải thuật bám vạch né vật 75 6.2 Giải thuật điều khiển dùng tay cầm .77 6.2.1 Giải thuật điều khiển xe .77 SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D -3- THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ 6.2.2 Giải thuật điều khiển tay cầm 78 6.2.3 Giải thuật phát tín hiệu .78 6.2.4 Giải thuật thu tín hiệu 79 CHƯƠNG 7: TỔNG KẾT 7.1 Những kết đạt 80 7.2 Những kết chưa đạt 80 7.3 Hướng phát triển .80 Tài liệu tham khảo .81 SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D -4- THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IC EEPROM ADC Vcc GND XTAL SCK MISO MOSI SDA SCL I2C RXD TXD USART RISC JTAG PWM MCU UDR FIFO UDRE UBRR RAM RTC BCD AM PM CH SRAM LSB MSB Intergrated circuit electrically erasable programm Analog-to digital Converter Voltage Ground Crystal Serial Clock Master Input/Slave Output Master Output/Slave Input Serial Data Serial Clock Iter-Intergrated Circuit Receive Data Tranmit Data Universal Synchronous and Asynchronous seria Receiver and Transmitter Reduced Instruction Set Computer Joint Test Action Group Pulse Width Modulation Micro Control Unit USART Data Register First In Fist Out USART Data Register Empty USART Baud Rate Register Random Access Memory Reak Time Clock Binary Code Decimal Ate Meridiem Post Meridiem Clock Halt Static Random Access Memory Least Significant Bit Most Significant Bit SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D -5- THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG CRC DIR FSK TTL RF USB PC BJT MOSFET GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ Cyclic Redundancy Check Direction Frequency Shift Keying Transistor-Transistor Logic Radio Frequency Universal Serial Bus Personal Computer Bipolar Junction Transistor Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D -6- THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 3.1 Sơ đồ khối điều khiển xe .14 Hình 3.2 Sơ đồ khối điều khiển tay cầm 14 Hình 4.1 Sơ đồ chân AVR ATmega 16L .17 Hình 4.2 Cấu trúc AVR ATmega 16L .19 Hình 4.3 Cấu trúc nhớ AVR ATmega 16L 20 Hình 4.4 Cấu trúc ghi TCCR0 23 Hình 4.5 Cấu trúc ghi TIMSK 23 Hình 4.6 Cấu trúc ghi TCNT1H TCNT1L 24 Hình 4.7 Cấu trúc ghi TCCR1A TCCR1B 24 Hình 4.8 Cấu trúc ghi OCR1AH, OCR1AL VÀ OCR1BH, OCR1BL 25 Hình 4.9 Cấu trúc ghi TIMSK 26 Hình 4.10 Cấu trúc ghi TIFR 26 Hình 4.11 Cấu trúc ghi ADMUX .28 Hình 4.12 Cấu trúc ghi ADCSRA 29 Hình 4.13 Cấu trúc ghi ADCH ADCL ADLAR=0 31 Hình 4.14 Cấu trúc ghi ADCH ADCL ADLAR=1 31 Hình 4.15 Cấu trúc ghi SFIOR 31 Hình 4.16 Cấu trúc ghi MCUCR 32 Hình 4.17 Cấu trúc ghi GICR 32 Hình 4.18 Cấu trúc ghi GICR .32 Hình 4.19 Sơ đồ thiết lập ngắt 33 Hình 4.20 Sơ đồ chân cảm biến MMA7260Q 34 Hình 4.21 Sơ đồ khối cảm biến gia tốc MMA7260Q 35 Hình 4.22 Sơ đồ kết nối cảm biến 37 Hình 4.23 Mạch nguyên lý kết nối module cảm biến 38 Hình 4.24 Sơ đồ kết nối cảm biến với vi điều khiển 38 Hình 4.25 Sơ đồ trục cảm biến 39 Hình 4.26 Phương pháp chọn góc thực tế 40 Hình 4.27 Cấu tạo module phát RF 42 Hình 4.28 Cấu tạo module thu RF 43 Hình 4.29 Sơ đồ chân IC PT2262 44 Hình 4.30 Sơ đồ đấu nối với module phát RF 45 Hình 4.31 Sơ đồ chân IC PT2272 46 Hình 4.32 Sơ đồ kết nối với module thu RF 46 Hình 4.33 Cấu tạo chân IC LM324 47 Hình 4.34 Cấu tạo LED hồng ngoại .48 Hình 4.35 Cấu tạo quang trở 49 SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D -7- THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ Hình 4.36 Cấu tạo chân MOSFET ngược kênh N 50 Hình 4.37 Cấu tạo MOSFET IR9540 51 Hình 4.38 Cấu tạo MOSFET IR540 .51 Hình 4.39 Cấu tạo chân bảng giá trị hoạt động IC 74LS139 51 Hình 5.1 Mơ hoạt động mạch LED dò đường 53 Hình 5.2 Nguyên lý hoạt động quang trở 54 Hình 5.3 Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến dò đường 55 Hình 5.4 Mơ hoạt động mạch phát vật cản 56 Hình 5.5 Sơ đồ nguyên lý mạch phát vật cản .58 Hình 5.6 Cấu tạo chân vđk AVR ATmega 16L 59 Hình 5.7 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển trung tâm 60 Hình 5.8 Mơ hình mơ cầu H 61 Hình 5.9 Các trường hợp hoạt động cầu H 61 Hình 5.10 Nguyên lý hoạt động cặp MOSFET kênh N P 63 Hình 5.11 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H 65 Hình 5.12 Cặp module thu phát RF 66 Hình 5.13 Phương pháp mã hóa Manchester 67 Hình 5.14 Cặp IC PT2262 PT2272 .68 Hình 5.15 Cấu trúc bit mã hóa PT2262 68 Hình 5.16 Cấu trúc bit đồng PT2262 69 Hình 5.17 Cấu trúc Code Word PT2262 69 Hình 5.18 Cấu trúc Fram truyền PT2262 .69 Hình 5.19 Chu kì bit mã hóa PT2262 69 Hình 5.20 Cấu trúc bit mã hóa PT2272 .70 Hình 5.21 Chu kì hoạt động bit 0, 71 Hình 5.22 Sơ đồ nguyên lý mạch thu kết hợp IC PT2272 .72 Hình 5.23 Sơ đồ nguyên lý mạch phát kết hợp IC PT2262 .72 Hình 5.24 Module cảm biến gia tốc MMA7260Q 73 Hình 5.25 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tay cầm 75 Hình 6.1 Sơ đồ khối giải thuật bám vạch né vật 76 Hình 6.2 Sơ đồ khối giải thuật điều khiển xe .77 Hình 6.3 Sơ đồ khối giải thuật tay cầm điều khiển 78 Hình 6.4 Sơ đồ khối giải thuật phát tín hiệu 78 Hình 6.5 Sơ đồ khối giải thuật thu tín hiệu 79 SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D -8- THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 4.1 Bảng giá trị cổng I/O 22 Bảng 4.2 Bảng chức bit CS0X .23 Bảng 4.3 Bảng chức bit CS12, CS11 CS10 .25 Bảng 4.4 Bảng bit WGM chế độ hoạt động T/C1 27 Bảng 4.5 Bảng giá trị điện áp tham chiếu 28 Bảng 4.6 Bảng chọn chế độ chuyển đổi .29 Bảng 4.7 Bảng hệ số chia xung nhịp cho ADC .30 Bảng 4.8 Bảng nguồn kích ADC chế độ Auto Trigger 31 Bảng 4.9 Bảng chức bit ISC 32 Bảng 4.10 Bảng giá trị hoạt động cảm biến gia tốc MMA7260Q 35 Bảng 4.11 Bảng chức chân cảm biến .36 Bảng 4.12 Bảng giá trị độ nhạy cảm biến gia tốc 36 Bảng 4.13 Bảng giá trị lực hấp dẫn tác dụng cảm biến gia tốc 39 Bảng 4.14 Bảng giá trị ngõ cảm biến 40 Bảng 4.15 Bảng thông số hoạt động module phát RF 42 Bảng 4.16 Bảng thông số hoạt động module thu RF .43 Bảng 4.17 Bảng giá trị hoạt động IC 74LS139 52 Bảng 5.1 Bảng giá trị hoạt động cầu H .65 Bảng 5.2 Bảng giá trị thời gian bit giải mã 71 Bảng 5.3 Bảng giá trị bit giải mã nhị phân 71 SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D -9- THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại công nghiệp nay, Robot sử dụng rộng rãi lãnh vực xã hội sống người, phục vụ sản xuất, Robot có vị trí quan trọng khó thay Nó giúp người làm việc điều kiện nguy hiểm, khó khăn, khắc nghiệt Ngồi ra, Robot cịn dùng lĩnh vực thám hiểm khơng gian, qn sự, quốc phịng, giải trí… Nhằm tìm hiểu thêm lĩnh vực này, đồng thời lựa chọn đề tài cho luận văn tốt nghiệp, nghiên cứu thiết kế thi công hồn chỉnh mơ hình Robot tự động sử dụng phổ biến ngày nay, đề tài “THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG” Mơ hình hồn thành, đáp ứng phần lớn điều kiện đề Trong q trình làm luận văn, tích lũy học hỏi thêm nhiều kiến thức quan trọng 1.2 NGUỒN GỐC VÀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA ROBOT Ban đầu thuật ngữ Robot hiểu đơn giản cỗ máy chuyển động Năm 1400 trước Công Nguyên, Người Babilon phát minh đồng hồ đo thời gian sử dụng dòng chảy nước Đây coi cỗ máy “Robot” lịch sử Và nhiều phát minh có hình dáng chuyển động kỹ sư Hy Lạp cổ đại chế tạo Năm 1495, Leona Da Vinci chế tạo Robot có hình dạng giống người nhằm chứng tỏ thể người hồn tồn mơ lại Đáng ý Robot có cấu hàm giống với người mặt giải phẫu học Mơ hình thiết kế Da Vinci cở, nguồn cảm hứng cho quan hàng không vũ trụ quốc tế NASA phát triển loại Robot AnthRobot thay người trạm vũ trụ quốc tế trợ giúp người chinh phục hỏa Trải qua nhiều thời kì phát triển khơng ngừng chất lượng số lượng hình dạng cấu trúc… Đến năm 1961, thời đại phát triển ngành Robot cơng nghiệp, cỗ máy Robot cơng nghiệp có tên Unimate, chế tạo phân xưởng nhà máy General Motor NewJersey Trên thực tế hầu hết Robot Unimate bán để làm công việc lấy khuân khỏi máy dập khuân để hàn điểm ôtô Năm 1969, Victor Scheinman, sinh viên chế tạo máy làm việc phịng thí nghiệm trí thơng minh nhân tạo Stanford chế tạo cánh tay Stanford Thiết kế trở thành chuẩn mực ảnh hưởng nhiều đến thiết kế cánh tay Robot ngày Đây cánh tay Robot chạy điện điều khiển máy tính thành cơng SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D - 10 - THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ Việc mã hố coi quan trọng điều khiển, nâng cao độ bảo mật, không bị nhiễu môi trường xung quanh Trên khơng trung có nhiều sóng điện từ tồn tại, tác động gây nhiễu vào module thu Vì thế, việc mã hố (giải mã) để thu tín hiệu truyền với độ xác cao Loại bỏ tác động sai môi trường bị nhiễu tác động vào module thu *Mã hóa Manchester: Mã hóa Manchester phương pháp mã hóa bit liệu sử dụng việc truyền tín hiệu dạng số Đây phương pháp mã hóa bit liệu 0, thành chuổi tín hiệu có mức tín hiệu thay đổi liên tục dù dãy bit liệu liên tiếp Do đó, ưu điểm mã hóa Manchester dễ dàng tạo tự đồng bên phát bên thu Khi phát chuỗi tín hiệu dài làm cho module thu hoạt động sai Mã hố manchester có nhiệm vụ phân khoảng thời gian dài thành thời gian nhỏ, phù hợp với module phát thu *Phương pháp mã hóa Manchester theo nguyên tắc sau: Mỗi bit có khoảng thời gian truyền cố định Dữ liệu xác định vào thời khoảng bit Mức biểu diễn Low-to-High, mức biểu diễn High-to-Low(hoặc ngược lại tùy theo quy ước đảo mã Manchester) Hình 5.13 Phương pháp mã hóa Manchester SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D - 67 - THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ *Sử dụng cặp IC giải mã PT2262, PT2272: Sử dụng kết hợp cặp IC giải mã PT2262, PT2272 sản phẩm Hãng Princeton Technology, kết nối với cặp module thu phát RF giúp chống nhiễu truyền liệu tốt Hình 5.14 Cặp IC PT2262 PT2272 5.5.2 Nguyên lý hoạt động: Mã hóa với PT2262: Cơ PT2262 sử dụng Bit gồm ba trạng thái 0,1 f Mỗi trạng thái có kiểu mã hóa Bit code khác Mỗi Bit code mã hóa chứa 32 chu kì tần số mã hóa OSC (32 α) Hình 5.15 Cấu trúc bit mã hóa PT2262 SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D - 68 - THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ Bit đồng (Synchronous Bit): Là bit thêm vào khung truyền để giúp đồng hóa q trình mã hóa/giải mã Độ dài Sync bit bốn lần độ dài bit địa chỉ/dữ liệu tức 128α Hình 5.16 Cấu trúc bit đồng PT2262 Từ mã(Code Word): Cấu trúc việc truyền bit địa chỉ/ liệu bit đồng PT2262 xác định sau: Hình 5.17 Cấu trúc Code Word PT2262 Khung truyền(Code Frame): Một khung truyền bao gồm bốn từ mã(Code Word) phát liên tục chân Dout PT2262, chân /TE tích cực (/TE tích cực mức thấp) Hình 5.18 Cấu trúc Fram truyền PT2262 Mỗi bit sử dụng PT2262 có độ dài 32α thay bit 0, liên tục Hình 5.19 Chu kì bit mã hóa PT2262 SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D - 69 - THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ Bit thay chuỗi :10001000 Bit thay chuỗi :11101110 Bit f thay chuỗi :10001110 Sync Bit thay chuỗi : 10000000|00000000|00000000|00000000 Như Bit Code phát được thay chuỗi bit mã hóa Quy ước mã hóa địa Vì PT2262/2272 sử dụng bit địa ba trạng thái 0, f, cách biểu diễn địa số 3, với tám bit địa ta có tối đa “3 mũ 8” địa mã hóa Để đơn giản hóa việc sử dụng bit ba trạng thái ta chuyển số thập phân 32 bit có tám chữ số với ký số biểu diễn bit ba trạng thái với quy ước: Số biểu diễn mức Số biễu diễn mức Số biểu diễn mức f Mã hóa với PT2272: Thực giải mã ngược lại q trình mã hóa PT2262 để thu kết liệu Trong Waveform mã hóa PT2262 bit 1,0 có khoảng thời gian xác định, dựa vào khoảng thời gian để xác định bit phát Hình 5.20 Cấu trúc bit mã hóa PT2272 Các thời khoảng bit có 4α, 12α 127α tương ứng với độ dài 1bit, bit SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D - 70 - THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ Việc đo thời khoảng bit thực có thay đổi trạng thái tín hiệu Các điểm đỏ đánh dấu việc kết thúc đo thời gian bit bắt đầu đo cho bit 1, ngược lại điểm xanh kết thúc việc đo thời gian bit bắt đầu đo cho bit Hình 5.21 Chu kì hoạt động bit 0, Gọi T1 T2 khoảng thời gian đo xung liên tiếp ta có bảng giải mã bit: Bảng 5.2 Bảng giá trị thời gian bit giải mã Với cặp bit thu liên liếp ta lại thu kết giải mã tương ứng: Bảng 5.3 Bảng giá trị bit giải mã nhị phân Thực mười hai bit địa chỉ/ liệu Sync ta thu từ mã (Code Word) Vì PT2262 phát khung truyền gồm bốn từ mã (Code Word) nên ta thu liên tiếp từ mã(Code Word) giống có nghĩa chắn liệu giải mã 5.5.3 Mạch nguyên lý : Nhằm giúp đơn giản phần cứng đơn giản hóa việc lập trình, kết nối trực tiếp tám chân địa hai IC PT2262 PT2272 vào dip nối GND Để kết nối, cần cài đặt chân nối dip y hệt hai IC Dữ liệu truyền nhận bit SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D - 71 - THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ *Mạch thu dùng PT2272: U4 12V 12V D2 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 GND VCC VT OSC2 OSC1 DIN D0 D1 D2 D3 18 17 16 15 14 13 12 11 10 VCC J10 J1 VCC VT R5 R4 DIN DIN D1 D2 D3 D4 J2 CON3 VT D1 D2 D3 D4 module thu PT2272 CON5 Hình 5.22 Sơ đồ nguyên lý mạch thu kết hợp IC PT2272 *Mạch phát dùng PT2262: U2 12V 12V DATA IN A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6/D5 A7/D4 GND VCC DOUT OSC2 OSC1 TE A11/D0 A10/D1 A9/D2 A8/D3 18 17 16 15 14 13 12 11 10 DATA IN R4 P1 P2 P3 P4 P5 J3 module phat P1 P2 P3 P4 P5 J4 12V J9 PT2262 Hình 5.23 Sơ đồ nguyên lý mạch phát kết hợp IC PT2262 5.6 PHẦN ĐIỀU KHIỂN TAY CẦM: Mạch điều khiển tay cầm phần điều khiển trung tâm cho xe chức điều khiển không dây Cảm biến sử dụng cảm biến gia tốc góc nghiêng MMA 7260Q Cảm biến cho giá trị điện áp phụ thuộc góc nghiêng tay cầm Cảm biến có dải biến thiên gia tốc từ -1g đến 1g tương ứng với góc nghiêng (từ -90 độ đến +90 độ) Ở ứng dụng để đạt hiệu cao nhất, board cảm biến phải đặt nằm ngang với trục Z vng góc với mặt đất Lấy trục Y để điều khiển hướng tới lui xe trục X để điều khiển hướng quẹo trái phải Tùy theo góc nghiêng cảm biến hay nhiều, mà tạo thành hàm tốc độ điều khiển cho xe chạy với tốc độ nhanh chậm tương ứng SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D - 72 - THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ Hướng tới lui xe Hướng trái phải xe Hình 5.24 Module cảm biến gia tốc MMA7260Q Vì cảm biến dùng nguồn 3,3Vdc nên sử dụng IC ổn áp AMS1117 để ổn áp nguồn cho cảm biến Từ giá trị Vout đầu cảm biến, ta tính góc nghiêng cảm biến Từ góc nghiêng, ta qui định ngược lại giá trị Vout để định mức tốc độ nhanh chậm tùy thuộc vào góc nghiêng tay cầm Theo cơng thức: Suy góc nghiêng: Ví dụ, từ kết ta đo được: SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D - 73 - THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ Thì góc nghiêng là: Giá trị đầu cảm biến đưa đọc analog để xử lý Một jack cắm năm chân Mosi, Miso, Sck, Reset, Gnd tạo để giúp nạp cho vi điều khiển trực tiếp board Để thuận lợi cho việc kết nối, điều khiển thẩm mỹ, tôithiết kế phần module cảm biến, module phát, nguồn board SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D - 74 - THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG 12V GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ 5V 3.3V J5 3.3V J6 X Y Z 5V 12V 5V 3.3V J8 R5 330 R6 330 R7 330 J9 MOSI MISO SCK RES D2 D1 RX TX D3 CON2 NGUON CON5 CB GT U1 L_BT FWD_BT INT2 REV_BT R_BT MOSI MISO SCK RES 5V R3 10k R8 1K 5V C5 10u C6 TA4 TA3 Y1 C7 TA3 TA4 RX TX INT0 INT1 BT1 BT2 BT3 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 PB0(XCK/T0) PA0(ADC0) PB1(T1) PA1(ADC1) PB2(INT2/AIN0) PA2(ADC2) PB3(OC0/AIN1) PA3(ADC3) PB4(SS) PA4(ADC4) PB5(MOSI) PA5(ADC5) PB6(MISO) PA6(ADC6) PB7(SCK) PA7(ADC7) RESET AREF VCC GND GND AVCC XTAL2 PC7(TOSC2) XTAL1 PC6(TOSC1) PD0RxD) PC5(TDI) PD1(TxD) PC4(TDO) PD2(INT0) PC3(TMS) PD3(INT1) PC2(TCK) PD4(OC1B) PC1(SDA) PD5(OC1A) PC0(SCL) PD6(ICP1) PD7(OC2) 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 X Y BT11 BT10 BT9 BT8 BT7 5V BT6 BT5 TE D4 D3 D2 D1 D0 FWD_BT SW13 BT1 SW17 L_BT SW14 BT2 SW18 R_BT SW15 BT3 SW19 REV_BT SW16 BT5 SW21 BT6 SW22 BT7 SW23 BT8 SW24 BT9 SW25 BT10 SW26 BT11 SW27 INT0 SW28 INT1 SW29 INT2 SW30 ATMega16 5V 12V U2 DATA IN A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6/D5 A7/D4 GND VCC DOUT OSC2 OSC1 TE A11/D0 A10/D1 A9/D2 A8/D3 18 17 16 15 14 13 12 11 10 DATA IN R4 TE D0 D1 D2 D3 J3 module phat PT2262 VO 3.3V U4 AMS1117-3V3 3 C9 VI VO C4 C1 2 VI GND J7 5V U3 LM7805 GND 12V HEADER Hình 5.25 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tay cầm SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D - 75 - THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ CHƯƠNG GIẢI THUẬT 6.1 Giải thuật bám vạch tránh vật: START KHỞI TẠO CÁC PORT I/O ĐỌC GIÁ TRỊ CẢM BIẾN DỊ ĐƯỜNG PORT A=? GỌI CHƯƠNG TRÌNH CON Điều chỉnh hướng xe thông qua điều khiển tốc độ 2moto trái phải ĐỌC CẢM BIẾN TRÁNH VẬT PORT C=? N Vật cản Y GỌI CHƯƠNG TRÌNH CON Thực thao tác tránh vật, theo hướng phù hợp (trái, phải) Line dò đường N Y Hình 6.1 Sơ đồ khối giải thuật bám vạch tránh vật SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D - 76 - THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ 6.2 Giải thuật điều khiển dùng tay cầm: 6.2.1 Giải thuật điều khiển xe: START Ngắt Cạnh lên Y Đọc 4bit data thu Điều khiển từ xa Đi thẳng N Mã lệnh 0x0e Tự dò đường Mã lệnh 0x0f Gọi chương trình bám vạch tránh vật (ở trên) Y Đk moto tốc độ Đi thẳng N N Y lùi Đk moto tốc độ Y Quẹo trái Đk moto lùi N Y Dừng N Đk moto quẹo trái Y Quẹo phải N Đk moto dừng Y Đk moto quẹo phải Hình 6.2 Sơ đồ khối giải thuật điều khiển xe SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D - 77 - THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ 6.2.2 Giải thuật điều khiển tay cầm: START Chọn chế độ điều khiển Dò đường Đk nút nhấn Đk cảm biến Quét bảng nút nhấn Đọc giá trị ADC Phát mã lệnh đk tương ứng Tính giá trị góc nghiêng Phát mã lệnh gọi chương trình dị đường Phát mã lệnh đk tương ứng Hình 6.3 Sơ đồ khối giải thuật tay cầm điều khiển 6.2.3 Giải thuật phát tín hiệu: Xuất liệu 4bit data TE=0 (enable phát) Delay 20ms TE=1 (disable phát) Hình 6.4 Sơ đồ khối giải thuật phát tín hiệu SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D - 78 - THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ 6.2.4 Giải thuật thu tín hiệu: Ngắt Cạnh lên Y Đọc 4bit liệu data Delay 20ms So sánh xử lý tín hiệu nhận Hình 6.5 Sơ đồ khối giải thuật thu tín hiệu SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D - 79 - THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ CHƯƠNG TỔNG KẾT 7.1 NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC: Sau thời gian thiết kế thi công, xe đạt kết tốt, mơ hình xe sau hoàn thành thực đầy đủ yêu cầu đề Xe bám vạch, phát vật cản, điều khiển nút nhấn cảm biến gia tốc góc nghiêng đặt tay cầm khơng dây tốt Khoảng cách điều khiển xe tương đối tốt Mơ hình kết cấu xe tương đối vững chắc, chở khối lượng tương đối lớn 7.2 NHỮNG KẾT QUẢ CHƯA ĐẠT ĐƯỢC: Phần khí xe cịn thiếu tính thẩm mỹ Do thuật tốn điều khiển chưa hồn thiện nên việc di chuyển xe dò đường chưa nhuyễn Xe phát thực tránh vật cản tương đối, chưa thể đưa thuật toán tránh vật tối ưu 7.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN: Hoàn thiện phần cứng tốt hơn, giúp xe vững mang vật có khối lượng lớn Kết hợp sử dụng động encoder, servo Giúp xe có phản hồi di chuyển để đưa thuật toán tối ưu Giúp xe di chuyển tốt Phát triển thêm thiết bị xe (camera quan sát, cảm biến nhiệt độ…) để phục vụ cho cơng tác nghiên cứu khoa học Hồn thiện thuật tốn điều khiển giúp xe tự đưa giải pháp xử lý trình di chuyển mà không cần đến tác động người SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D - 80 - THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt : [1] Ngô Duyên Tập, 2003, Kỹ thuật điều khiển với AVR, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [2] Tài liệu robocon bkpro [3] www.hocAVR.com [4] www.dientuvietnam.net [5] www.robocon.vn Tiếng anh : [1] Datasheet linh kiện [2] Measuring Tilt with Low-G Accelerometers [3] Freescale SemiconductorApplication Note [4] Manchester Coding Basics [5] ATMEL Applycation Note [6] RF Data Communications with AVR SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D - 81 - ... sử dụng SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D - 28 - THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ Bảng 4.6 Bảng chọn chế độ chuyển đổi SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D - 29 - THIẾT... .80 Tài liệu tham khảo .81 SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D -4- THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IC EEPROM ADC Vcc GND XTAL SCK... Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor SVTH: NGUYỄN ANH VŨ MSSV: 060518D -6- THIẾT KẾ XE ROBOT HAI CHỨC NĂNG GVHD: THS THIỀU QUANG TRÍ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 3.1 Sơ đồ khối điều khiển xe