Thiết kể và thì công Robor bám vạch và điều khiển từ xa

GVHD: TS Nguyễn Đức Thành CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với tiến khoa học công nghệ, thiết bị điện - điện tử ứng dụng ngày rộng rải mang lại hiệu cao hầu hết lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật đời sống xã hội Trong năm gần với tiến khoa học kỹ thuật, công cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước diễn tốt đẹp Trước tình hình đó, nhiều yêu cầu cấp bách thách thức đặt cho giới trí thức Việt Nam Robot lĩnh vực mà Việt Nam nghiên cứu bước chế tạo để ứng dụng vào q trình sản xuất góp phần nâng cao suất lao động Kỹ thuật vi điều khiển ưu việt trở nên cần thiết ngành điện tử, thay thiết bị có cấu tạo phức tạp thành đơn giản Ứng dụng vi điều khiển rộng rãi từ máy móc quan trọng công nghiệp đến thiết bị chuyên dùng Với ưu điểm tiêu kỹ thuật tính linh hoạt vi điều khiển, việc nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển cần thiết, áp dụng rộng rãi Việc nghiên cứu chế tạo robot nhằm đáp ứng vào nhu cầu thực tế dây chuyền sản xuất cần thiết Robot sử dụng mơi trường có điều kiện khắc nghiệt như: áp suất, nhiệt độ cao; từ trường mạnh … hay đơn tiết kiệm sức lao động người Từ thực tế em thực đề tài: Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa 1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Từ lâu robot dò đường trở nên quen thuộc việc ứng dụng vào dây chuyền sản xuất nhằm làm giản tiện sức lao động người Với đề tài robot dị đường hình thức bám vạch quen thuộc nét đề tài việc kết nối với thiết bị điều khiển từ xa, lập trình tảng phần mềm vi điều khiển khả thu phát sóng cao tần (áp dụng vào việc thiết kế điều khiển từ xa) Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” -1- GVHD: TS Nguyễn Đức Thành 1.3 SƠ LƯỢC VỀ ĐỀ TÀI Việc thiết kế robot mô tả thông qua lưu đồ sau:  Sơ đồ khối chức khối robot Cb Cb mạch công suất Motor trái mạch công suất Motor phải Cb Khối điều khiển Cb Cb opto cách ly Cb Cb Mơ hình gồm motor (trái phải) động giảm tốc, động có nhiệm vụ kéo bánh xe để robot di chuyển bám theo đường vạch Hai động quay chiều ngược chiều để robot di chuyển thẳng thực quẹo trái, phải tùy theo yêu cầu Mạch công suất mạch thiết kế để motor quay chiều thuận nghịch ngừng theo yêu cầu từ khối điều khiển Bộ opto mạch có chức tách riêng biệt khối điều khiển khối công suất với mục đích làm giảm nhiễu cho khối điều khiển giảm khả hư hỏng khối điều khiển xảy cố Khối điều khiển khối giải yêu cầu đề Cảm biến khối có chức giúp robot bám theo vạch nhận biết ngã tư Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” -2- GVHD: TS Nguyễn Đức Thành CHƯƠNG 2: VI ĐIỀU KHIỂN Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, Vi Điều Khiển đóng góp vai trị quan trọng Với nhiều chức trội: tiêu thụ điện ít, khả xử lý linh hoạt, tốc độ xử lý cao … họ Vi Điều Khiển dần chiếm ưu tất lĩnh vực khoa học ngày Các họ Vi Điều Khiển thông dụng thị trường:  Họ AT80xxx, AT89xxx …  PIC 16Fxxx, 32Fxxx …  Các họ AVR … Do trình học tập em tiếp xúc tìm hiểu vi điều khiển AT89C51 nên em định sử dụng IC toàn luận văn Trong tất hoạt động trạm chủ, vi điều khiển AT89C51 đóng vai trị xử lý trung tâm, điều phối hoạt động hệ thống  Giới thiệu tóm tắt họ vi điều khiển 8051 8051 vi điều khiển họ vi xử lý MCS51 Intel sản xuất vào năm 1980 Họ vi điều khiển 8051 họ bit có khả định địa 64K nhớ chương trình 64K nhớ liệu Mỗi vi điều khiển họ 8051 bao gồm tất đặc tính cộng thêm số đặc tính khác Bảng so sánh vi điều khiển họ 8051 Bảng 2.1: So sánh IC TÊN LINH BỘ NHỚ CHƯƠNG BỘ NHỚ DỮ LIỆU KIỆN TRÌNH TRÊN CHIP TRÊN CHIP (BYTES) 8051 KB MROM 128 8031 KB 128 8951 KB flash ROM 128 8052 KB MROM 256 8032 KB 256 8952 KB flash ROM 256 Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” TIMER -3- GVHD: TS Nguyễn Đức Thành 2.1 KIẾN TRÚC PHẦN CỨNG 8051 Các đặc tính lõi 8051:  CPU bit tối ưu hóa cho ứng dụng điều khiển  Các khả xử lý biến Boole mở rộng (logic bit)  Vùng địa nhớ chương trình 64K  Vùng địa nhớ liệu 64K  128 byte liệu RAM chip  32 đường I/O hai chiều (4 cổng I/O bit) định địa riêng rẽ  Hai đếm/mạch định 16 bit  UART song công (full duplex) (cổng nối tiếp lập trình được)  Cấu trúc ngắt vector/6 nguồn với cấp ưu tiên  Mạch dao động xung nhịp chip Hình 2.1: Sơ đồ chân AT89C51 Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” -4- GVHD: TS Nguyễn Đức Thành  Sơ đồ khối AT89C51 Hình 2.2: Sơ đồ khối 8051 2.2 CHỨC NĂNG CÁC CHÂN: Gồm 40 chân  Port 0: có chân từ P0.0 đến P0.7 gồm chức năng: - Data/Address: có sẵn điện trở kéo lên bên Data/Address Multiplex theo thời gian: nửa chu kì đầu Port Address, nửa chu kì sau Data - I/O: khơng có sẵn điện trở kéo lên bên trong, sử dụng chức phải gắn kéo điện trở bên  Port 1: chân P1.0 - P1.7 Có chức I/O có sẵn điện trở kéo lên bên Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” -5- GVHD: TS Nguyễn Đức Thành  Port 2: chân P2.0 – P2.7 Có chức năng: - I/O: có sẵn điện trở kéo lên bên - Address: có chức địa byte cao  Port 3: chân P3.0 – P3.7 Có chức năng: - I/O: có sẵn điện trở kéo lên bên - Address: có chức địa byte thấp Bảng 2.1: Chức chân port nối tiếp P3.0 RxD Ngõ thu nối tiếp P3.1 TxD Ngõ phát nối tiếp P3.2 INT Ngõ Interrupt P3.3 INT Ngõ Interrupt P3.4 T0 Ngõ vào Timer P3.5 T1 Ngõ vào Timer P3.6 WR Tín hiệu điều khiển ghi P3.7 RD Tín hiệu điều khiển đọc  ALE (Adress Latch Enable): tín hiệu chốt địa  PSEN (Program Store Enable): tín hiệu cho phép nhớ chương trình  EA (External Access): tín hiệu điều khiển truy xuất ngồi  RST: chân Reset, tích cực mức cao  XTAL1, XTAL2: chân gắn thạch anh tạo dao động  VCC: chân nguồn  VSS: chân mass 2.3 SERIAL PORT Có ghi SBUF địa chỉ: dành cho phát, dành cho thu Để khởi động thu phát nối tiếp, trước hết cần xác lập ghi SCON (khơng có khả định vị bit) SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” TI RI -6- GVHD: TS Nguyễn Đức Thành  SM0, SM1: xác định chế độ hoạt động SM1 SM0 Mode 0 0 1 1  SM2: dùng để xác lập chế độ truyền thông đa xử lý  REN (Receive Enable): tín hiệu cho phép thu REN = 1: cho phép thu REN = 0: không cho phép thu  TB8 (Transmit Bit 8): bit phát thứ 9, sử dụng chế độ bit  RB8 (Receive Bit 8): bit thu thứ 9, sử dụng chế độ bit  TI (Transmit Interrupt): cờ ngắt phát, set lên phát xong byte, xóa phần mềm  RI (Receive Interrupt): cờ ngắt thu, set lên thu xong byte, xoá phần mềm  Các chế độ hoạt động  Mode 0: chế độ ghi dịch bit Trong chế độ này, Data dịch vào thông qua chân RxD, chân TxD đảm nhận việc phát xung clock cho việc dịch  Mode 1: chế độ UART bit, tốc độ baudrate thay đổi Data thu phát theo khung 10 bit: Start bit mức bit Data theo thứ tự từ D0 đến D7 Stop bit mức Tốc độ truyền: Baudrate = Tần số tràn cùa Timer 1/32 (nếu SMODE = 0) Baudrate = Tần số tràn Timer 1/16 (nếu SMODE = 1)  Mode 2: UART bit, tốc độ baud cố định Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” -7- GVHD: TS Nguyễn Đức Thành Một khung liệu gồm 11 bit: Start bit mức bit Data (từ D0 đến D7) bit thứ lấy từ TB8 phát RB8 thu Stop bit  Mode 3: UART bit, tốc độ Baud thay đổi Là kết hợp mode Mode 2.4 NGẮT (INTERRUPT) 89C51 có ngắt:  ngắt ngồi  ngắt Timer  ngắt Serial Port Cho phép ngắt cách xác lập ghi IE (Interrupt Enable) có khả định vị bit EA - -  EA: Enable All  ES: Enable Serial  ET1: Enable Timer  ET1: Enable Timer  EX1: Enable External  EX0: Enable External ES ET1 EX1 ET0 EX0 Một ngắt cho phép bit EA = bit cho phép tương ứng Xác lập ưu tiên ghi IP (Interrupt Priority) có khả định vị bit EA - - ES ET1 EX1 ET0 EX0  Mức 0: ưu tiên thấp  Mức 1: ưu tiên cao Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” -8- GVHD: TS Nguyễn Đức Thành Khi ngắt xảy đồng thời ngắt có ưu tiên cao thực trước Khi ngắt có ưu tiên xảy thực theo thứ tự sau: ngắt 0, ngắt Timer 0, ngắt 1, ngắt Timer 1, Ngắt Serial  Q trình thực ngắt  Ngắt ngồi: tác động ngắt xảy có tín hiệu mức thấp cạnh xuống đưa đến chân INT x Việc xác lập tích cực mức thấp hay cạnh xuống cách xác lập bit ITx ghi TCON ITx = 0: ngắt tác động mức thấp ITx = 1: ngắt ngồi tác động cạnh xuống Khi có tác động mức thấp hay cạnh xuống chân INT x cờ ngắt ngồi IEx set lên  Ngắt Timer: xảy Timer bị tràn  Ngắt Serial: tác động ngắt xảy thu phát xong byte  Quá trình xảy ngắt  Khi cờ ngắt lên xảy ngắt  Gọi chương trình phục vụ ngắt  Sau thực xong ngắt, cờ ngắt tương ứng xoá (trừ cờ TI RI) quay chương trình hành 2.5 BỘ ĐỊNH THÌ (TIMER) 8051 có timer timer timer Timer 8051 sử dụng để:  Định khoảng thời gian  Đếm kiện  Tạo tốc độ baud cho cổng nối tiếp có sẵn 8051 2.5.1 Thanh ghi chế độ timer (TMOD) Thanh ghi TMOD (timer mode rigister) gồm nhóm bit để đặt chế độ làm việc cho timer timer Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” -9- GVHD: TS Nguyễn Đức Thành Bảng 2.2: Tóm tắt ghi TMOD Bit Tên Timer GATE Mô tả Bit mở cổng Khi bit 1, timer chạy INT1 mức cao Bit chọn counter (bộ đếm) hay timer C T 1 = đếm kiện = timer khoảng thời gian M1 Bit chọn chế độ (xem bảng 2.3) M0 Bit chọn chế độ (xem bảng 2.3) GATE Bit mở cổng cho timer C T Bit chọn counter hay timer timer M1 Bit chọn chế độ timer 0 M0 Bit chọn chế độ timer Bảng 2.3: Các chế độ hoạt động timer M1 M0 Chế độ Mô tả 0 Chế độ timer 13 bit ( chế độ 8048) 1 Chế độ timer 16 bit Chế độ timer bit tự nạp lại giá trị đầu Chế độ tách timer Timer 0: TL0 timer bit điều khiển bit 1 chế độ timer 0; TH0 timer bit điều khiển bit chế độ timer Timer 1: bị dừng lại Chú ý: TMOD khơng có địa bit Thường người ta nạp giá trị cho lần phần mền đầu chương trình để khởi tạo giá trị đặt chế độ timer Sau timer bị dừng, cho chạy … cách truy cập SFR timer khác Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” - 10 - GVHD: TS Nguyễn Đức Thành CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 ĐÃ THỰC HIỆN Về phần cứng thực mơ hình chạy bánh xe, mạch điều khiển sử dụng vi điều khiển, mạch cảm biến sử dụng photodiode, mạch động lực, mạch thu phát vô tuyến sử dụng sóng radio Các mạch chạy tương đối ổn định, tín hiệu điều khiển từ xa ổn định 5.2 HẠN CHẾ Mơ hình chưa tốt, cịn nhiều khiếm khuyết Mạch điều khiển từ xa đơn giản chưa có nhiều chức Chưa tận dụng hết khả vi điều khiển, chưa cho robot thực lúc nhiều công việc 5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Thiết kế mơ hình robot có khả làm nhiều công việc Cho điều khiển từ xa giao tiếp với máy tính, để có khả điều khiển nhiều robot Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” 61 GVHD: TS Nguyễn Đức Thành TÀI LIỆU THAM KHẢO  Giáo trình VI XỬ LÝ 8051 – Hồ Trung Mỹ (NXB ĐH Quốc gia TpHCM)  Giáo trình cảm biến – Phan Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến (ĐH Bách Khoa  Đo lường điều khiển máy tính – TS.Nguyễn Đức Thành (NXB ĐH Quốc gia TpHCM) WEBSITE THAM KHẢO  www.princeton.com.tw  www.alldatasheet.com  www.dientuvietnam.net – box cao tần  www.datasheetcatalog.com  www.microchipC.com  www.microchip.com  www.maxim-ic.com Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” 62 GVHD: TS Nguyễn Đức Thành PHẦN PHỤ LỤC MỘT SỐ LINH KIỆN BÁN DẪN  MOSFET IRF 540 Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” 63 GVHD: TS Nguyễn Đức Thành Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” 64 GVHD: TS Nguyễn Đức Thành Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” 65 GVHD: TS Nguyễn Đức Thành  MOSFET IRF 9540 Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” 66 GVHD: TS Nguyễn Đức Thành Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” 67 GVHD: TS Nguyễn Đức Thành Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” 68 GVHD: TS Nguyễn Đức Thành  OPAMP PJ324 Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” 69 GVHD: TS Nguyễn Đức Thành Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” 70 GVHD: TS Nguyễn Đức Thành  IC ĐẢO TRẠNG THÁI 74FC540 Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” 71 GVHD: TS Nguyễn Đức Thành  OPTO PC123 Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” 72 GVHD: TS Nguyễn Đức Thành Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” 73 GVHD: TS Nguyễn Đức Thành MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 LỜI NÓI ĐẦU - - 1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI - - 1.3 SƠ LƯỢC VỀ ĐỀ TÀI - - - CHƯƠNG 2: VI ĐIỀU KHIỂN - 2.1 KIẾN TRÚC PHẦN CỨNG 8051 - - 2.2 CHỨC NĂNG CÁC CHÂN: Gồm 40 chân - - 2.3 SERIAL PORT - - 2.4 NGẮT ( INTERRUPT ) - - 2.5 BỘ ĐỊNH THÌ (TIMER) - - - 2.5.1 2.5.2 2.5.3 Thanh ghi chế độ timer (TMOD): - Thanh ghi điều khiển timer (TCON) - 11 Các chế độ timer cờ báo tràn - 11 - CHƯƠNG : TRUYỀN NHẬN TỪ XA 13 3.1 IC MÃ HÓA PT2262 13 3.1.1 Khái quát: - 13 3.1.2 Đặc tính: - 13 3.1.3 Ứng dụng: - 13 3.1.4 Mô tả chân: - 14 3.1.5 Mô tả chức năng: 15 3.1.6 Quá trình truyền RF: - 15 3.1.7 Quá trình truyền IR: 18 3.1.8 Lưu đồ hoạt động: - 19 3.1.9 Thông số: 19 3.2 IC GIẢI MÃ PT2272 20 3.2.1 Khái quát: - 20 3.2.2 Đặc tính: - 20 3.2.3 Ứng dụng: - 20 3.2.4 Sơ đồ khối: 21 3.2.5 Sơ đồ chân: 21 3.2.6 Mô tả chân: - 22 3.2.7 Mô tả chức năng: 22 3.2.8 Quá trình truyền RF: - 22 3.2.9 Quá trình truyền IR: 25 3.2.10 Truyền nhận đúng: 25 3.2.11 Ngõ xuất liệu dạng chốt dạng tạm thời: 26 Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” 74 GVHD: TS Nguyễn Đức Thành 3.2.12 Lưu đồ hoạt động: 27 3.2.13 Thông số: - 29 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH 30 4.1 KHỐI ĐIỀU KHIỀN 30 4.2 KHỐI CẢM BIẾN - 31 4.3 MẠCH ĐỘNG LỰC 32 4.4 MODULE MÃ HÓA 35 4.5 MODULE GIẢI MÃ 36 4.6 MODULE PHÁT CAO TẦN 37 4.7 MODULE THU SÓNG CAO TẦN 38 4.8 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT BÁM VẠCH CỦA ROBOT 39 4.9 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH NGẮT - 41 4.9.1 4.9.2 4.9.3 4.9.4 4.9.5 Trạng thái 0000 (chế độ ngắt 0): Trạng thái 0001 (chế độ ngắt 1): Trạng thái 0010 (chế độ ngắt 2): Trạng thái 0100 (chế độ ngắt 3): Trạng thái 1000 (chế độ ngắt 4): - 41 - 43 - 45 - 47 - 47 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 61 5.1 ĐÃ THỰC HIỆN 61 5.2 HẠN CHẾ - 61 5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI - 61  TÀI LIỆU THAM KHẢO -62  WEBSITE THAM KHẢO 62 PHẦN PHỤ LỤC 63  MỘT SỐ LINH KIỆN BÁN DẪN -63  MOSFET IRF 540 - 63  MOSFET IRF 9540 - 66  OPAMP PJ324 - 69  IC ĐẢO TRẠNG THÁI 74FC540 71  OPTO PC123 - 72 Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” 75 ... CHƯƠNG TRÌNH ASSEMBLER org ;khai bao bien cbt1 bit p2.0 cbt2 bit p2.1 cbt3 bit p2.2 cb bit p2.3 cbp3 bit p2.4 cbp2 bit p2.5 cbp1 bit p2.6 toi_phai bit p0.0 lui_phai bit p0.1 toi_trai bit p0.2... tư thông qua hai cảm biến trái phải ngồi bìa thực lúc với robot thực chạy Đề tài “Thiết kế thi công Robot bám vạch điều khiển từ xa” 40 GVHD: TS Nguyễn Đức Thành bám vạch thẳng Khi hai cảm biến... trình 64K  Vùng địa nhớ liệu 64K  128 byte liệu RAM chip  32 đường I/O hai chiều (4 cổng I/O bit) định địa riêng rẽ  Hai đếm/mạch định 16 bit  UART song cơng (full duplex) (cổng nối tiếp lập