Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đề tài ROBOT BÁM ĐƯỜNG SỬ DỤNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Sinh viên thực hiệ.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đề tài: ROBOT BÁM ĐƯỜNG SỬ DỤNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Sinh viên thực Giảng viên hướng dẫn PHẠM MINH THẾ MSSV : DCĐL21013 ĐÀO NHƯ Ý MSSV : DCĐL21018 TS : TRẦN THANH TÙNG QUẢNG NGÃI, THÁNG 11 NĂM 2022 Đồ án tử Thiết kế hệ thống điện LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, xã hội ngày phát triển đòi hỏi nhu cầu đại hóa cơng nghiệp.Các ứng dụng tự động hóa phát triển nhằm nâng cao suất lao động,cũng phục vụ nhu cầu sống ngày phát triển người.Ngày nhiều robot thông minh chế tạo nghiên cứu để nâng cao chất lượng sống người xe không người lái phục vụ du lịch, tham quan, robot dây chuyền sản xuất tự động,… hay phục vụ mục đích người thám hiểm,thăm dò vũ trụ,thăm dò đáy biển,những nơi mà người đến,…… Robot tự hành thành phần có vai trị quan trọng ngành Robot học Cùng với phát triển mạnh mẽ hệ thống tự động hóa, robot tự hành ngày hoàn thiện cho thấy lợi ích cơng nghiệp sinh hoạt Một vấn đề quan tâm nghiên cứu robot tự hành làm để robot tự động theo quỹ đạo định Trong báo cáo chúng em trình bày đề tài “MẠCH ĐIỀU KHIỂN ROBOT NHẬN BIẾT BẰNG ĐÈN HỒNG NGOẠI” liên quan đến vấn đề Nhóm thực Thế + Ý SVTH : PHẠM MINH THẾ TÙNG ĐÀO NHƯ Ý GVHD : TRẦN THANH Đồ án tử Thiết kế hệ thống điện MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC I.ĐỀ TÀI II.MỤC TIÊU .4 III.NỘI DUNG CHÍNH .5 Hình thành ý tưởng Robot tự hành Sơ đồ khối mạch .6 Phân công công việc Mô tả hoạt động robot .8 Lưu đồ thuật toán Linh kiện tìm hiểu chi tiết linh kiện 7.1 Khối điều khiển .9 7.2 Khối cảm biến .12 7.3 Bộ so sánh (LM339) .15 7.4 Khối chuyển động ……………………………………………………………18 7.5 khối nguồn ……………………………………………………………… …21 Kết thực ……… …………………………………………………………….23 Hình ảnh sơ đồ ngun lí…………………………………………………………….23 Bảng vẽ mơ hình robot …………………………………………………………….24 Hình ảnh đường line … …………………………………………………………….25 Hình ảnh mơ hình robot …………………………………………………………….25 KẾT LUẬN ……………………………………………………………………………… 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………………………… 26 SVTH : PHẠM MINH THẾ TÙNG ĐÀO NHƯ Ý GVHD : TRẦN THANH Đồ án tử Thiết kế hệ thống điện I.ĐỀ TÀI Mạch điều khiển robot nhận biết đường đèn hồng ngoại sử dụng Arduino.Đề tài thiết kế nhằm ứng dụng vào chế tạo ô tô tự lái sử dụng khu du lịch với việc chạy đường cố định sử dụng đèn hồng ngoại để xác định tuyến đường II.MỤC TIÊU - Robot hoạt động tốt, vận tốc tối đa dự kiến 10 m/min, hoạt động xác bám đường - Mạch nhỏ gọn, trọng tải Robot < 1kg - Giá thành hợp lý - Có thể hoạt động xác chuyển trắng-đen sang đen –trắng ngược lại - Xe có khả tự dịch chuyển, tự vận động điều khiển tự động để thực thành công công việc giao Yêu cầu chức - Có khả thay đổi thiết lập hệ thống thiển thị trạng thái - Có khối nguồn cung cấp ổn định dễ dàng thay - Có khả nhận tín hiệu báo nhận đường - Có khả điều khiển tốc độ bánh xe linh hoạt - Đi nhanh đường thẳng - Giảm tốc khúc cua - Độ trễ < 1s Yêu cầu phi chức - Mềm dẻo việc thay đổi cấu trúc thông số hệ thống tự động - Độ xác cao - Khả chống nhiễu tốt - Dễ dàng tự động hóa SVTH : PHẠM MINH THẾ TÙNG ĐÀO NHƯ Ý GVHD : TRẦN THANH Đồ án tử Thiết kế hệ thống điện III.NỘI DUNG CHÍNH Hình thành ý tưởng Dựa vào đề tài “Mạch điều khiển robot nhận biết đèn hồng ngoại”, chúng em đề xuất ý tưởng thực đề tài sau: Sử dụng kit Arduino để làm xử lý trung tâm mạch mà cụ thể nhóm chúng em sử dụng kit Arduino R3 Mạch sử dụng senser hồng ngoại nhận biết đường Robot Sử dụng bốn động chiều (DC motor) Robot tự hành Robot tự hành hay robot di động định nghĩa loại xe robot có khả tự dịch chuyển , tự vận động điều khiển tự động để thực thành công công việc giao Theo lý thuyết, môi trường hoạt động robot tự hành đất , nước , khơng khí, không gian vũ trụ hay tổ hợp chúng Địa hình bề mặt mà robot di chuyển phẳng thay đổi, lồi lõm Theo phận thực chuyển động ta chia robot thành lớp: chuyển động chân bánh Trong đề tài , tìm hiểu lớp robot chuyển động bánh Điều khiển robot bánh đơn giản gần đảm bảo tính ổn định robot Tiềm ứng dụng robot tự hành rộng lớn SVTH : PHẠM MINH THẾ TÙNG ĐÀO NHƯ Ý GVHD : TRẦN THANH Đồ án tử Thiết kế hệ thống điện Hình Một số loại robot tự hành Mặc dù nhu cầu ứng dụng cao , hạn chế chưa giải robot tự hành , chi phí chế tạo cao, cho phép chúng sử dụng rộng rãi Một nhược điểm robot tự hành phải cịn thiếu tính linh hoạt thích ứng làm việc vị trí khác Bài tốn tìm đường robot tự hành khơng phải loại tốn đơn giản nhiều người nghĩ ban đầu Trong đề tài , tốn tìm đường mơ hình robot giải mức độ không phức tạp Arduino R3 SVTH : PHẠM MINH THẾ TÙNG ĐÀO NHƯ Ý GVHD : TRẦN THANH Đồ án tử Thiết kế hệ thống điện Sơ đồ khối mạch Hình Sơ đồ khối - Khối nguồn: cung cấp nguồn điện 6V DC cho khối khác làm việc - Khối cảm biến: gồm senser hồng ngoại có nhiệm vụ nhận biết đường - Khối xử lý trung tâm: Arduino R3 lấy liệu từ khối cảm biến phát lệnh điều khiển khối chuyển động - Khối động cơ: gồm bốn động chiều điều khiển hai bánh xe sau SVTH : PHẠM MINH THẾ TÙNG ĐÀO NHƯ Ý GVHD : TRẦN THANH Đồ án tử Thiết kế hệ thống điện Phân công công việc Tuầ Công việc Người thực Lên ý tưởng Thế + Ý n 1,2 Thảo luận chọn đề tài 3,4 Tìm hiểu module Thế + Ý linh kiện So sánh lựa chọn linh kiện phù hợp với yêu cầu ( chức năng, chất lượng, giá thành, ) 5,6 Lập danh sách linh kiện Thế + Ý Mua linh kiện Thế + Ý Test hoạt động riêng Thế + Ý module theo khối chức 7,8 Cắm board test mạch Thế + Ý Thiết kế mạch in Thế + Ý Hàn mạch Thế + Ý Chạy thử Thế + Ý Hoàn thiện sản phẩm Lập báo cáo Thế + Ý Bảng Phân chia công việc SVTH : PHẠM MINH THẾ TÙNG ĐÀO NHƯ Ý GVHD : TRẦN THANH Đồ án tử Thiết kế hệ thống điện Mơ tả hoạt động robot Hình Mô tả hoạt động robot SVTH : PHẠM MINH THẾ TÙNG ĐÀO NHƯ Ý GVHD : TRẦN THANH Đồ án tử Thiết kế hệ thống điện Lưu đồ thuật tốn mã hóa :trắng = 1; đen = Hình Lưu đồ thuật tốn Linh kiện tìm hiểu chi tiết linh kiện 7.1 Khối điều khiển Nhiệm vụ : - Điều khiển hệ thống hoạt động, xử lý thông tin từ sensor báo sau điều khiển hoạt động động - Reset hệ thống trở trạng thái ban đầu - Tạo xung nhịp Để đơn giản việc thực hiện, nhóm em chọn module Arduino UNO R3 để đảm nhận khối xử lí trung tâm SVTH : PHẠM MINH THẾ TÙNG ĐÀO NHƯ Ý 10 GVHD : TRẦN THANH Đồ án tử Thiết kế hệ thống điện Nếu điện áp chân -IN lớn chân + IN điện áp bù, đầu mức logic Tương tự, điện áp chân + IN cao -IN đầu nối bù, tín hiệu mức cao logic xuất chân đầu 3.Một số tính IC LM339 là: Bốn so sánh có nhiễu thấp Hoạt động từ nguồn điện đơn nguồn điện kép dải điện áp rộng Đối với hoạt động đơn, giá trị điện áp cung cấp phải nằm khoảng từ +3.0 V đến +36 V Trong trường hợp cung cấp kép, phạm vi + 18V 18V Nó có dịng điện xu hướng đầu vào thấp, dòng điện bù điện áp bù Thiết bị tương thích với dạng logic TTL, MOS CMOS Nó cung cấp dịng điện cung cấp thấp, thường 0,8mA Giá trị khơng phụ thuộc vào nguồn điện áp Phạm vi điện áp đầu vào chế độ chung mà IC thực hoạt động bình thường bao gồm đất điều chỉnh từ điện áp nguồn Điện áp bão hòa đầu thường 130mV 4mA Ưu điểm cảm biến hồng ngoại Led hồng ngoại loại cảm biến sử dụng phổ biến, nguyên lí hoạt động đơn giản mà hoàn toàn phù hợp với chức bám đường robot giá thành thấp SVTH : PHẠM MINH THẾ TÙNG ĐÀO NHƯ Ý 17 GVHD : TRẦN THANH Đồ án tử Thiết kế hệ thống điện 7.3 Module L298N Module điều khiển motor L298N loại có sẵn ốc gắn sử dụng IC điều khiển L298N điều khiển động chiều động bước pha Module L298N loại 1: + Được thiết kế chắn, có sẵn chỗ bắt ốc vào mơ hình + Có gắn tản nhiệt chống nóng cho IC, giúp IC điều khiển với dòng đỉnh đạt 2A IC L298N gắn với ốt board giúp bảo vệ vi xử lý chống lại dòng điện cảm ứng từ việc khởi động/ tắt động Hình 11: Hình ảnh module L298N DC motor “+” stepper motor A+ DC motor “-” stepper motor A3 12V jumper – tháo jumper sử dụng nguồn 12V Jumper dùng để cấp nguồn cho IC ổn áp tạo nguồn 5V nguồn 12V làm cháy IC Nguồn Cắm dây nguồn cung cấp điện áp cho motor vào từ 6V đến 35V Cắm chân GND nguồn vào Ngõ nguồn 5V, jumper đầu vào không rút Chân Enable Motor 1, chân dùng để cấp xung PWM cho motor dùng VDK rút jumper cắm chân PWM vào Giữ nguyên dùng với động bước SVTH : PHẠM MINH THẾ TÙNG ĐÀO NHƯ Ý 18 GVHD : TRẦN THANH Đồ án tử Thiết kế hệ thống điện 10 11 12 IN1 IN2 IN3 IN4 Chân Enable Motor 2, chân dùng để cấp xung PWM cho motor dùng VDK rút jumper cắm chân PWM vào Giữ nguyên dùng với động bước 13 DC motor “+” stepper motor B+ 14 DC motor “-” stepper motor B15 THƠNG SỐ KỸ THUẬT Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H Điện áp điều khiển : +5V ~ +12 V Dòng tối đa cho cầu H :2A Điện áp tín hiệu điều khiển : +5 V ~ +7 V Dòng tín hiệu điều khiển : ~ 36Ma Cơng suất hao phí : 20W (khi nhiệt độ T = 75 °C) Nhiệt độ bảo quản : -25°C ~ +130 7.4 Khối chuyển động Động mà nhóm sử dụng động chiều (DC motor) Động chiều có cấu tạo từ hai phận: Bộ phận đứng yên có cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu gọi Stato phận quay cấu tạo từ nam châm nhân tao có cấu tạo từ cuộn dây đồng có lõi kim loại gọi Rotor SVTH : PHẠM MINH THẾ TÙNG ĐÀO NHƯ Ý 19 GVHD : TRẦN THANH Đồ án tử Thiết kế hệ thống điện Hình 12 Động DC Hình 13 Hoạt động motor DC Khi cho dòng điện chiều qua motor khiến motor quay theo chiều hình bên trái Khi ta đảo cực dịng điện động chiều hình bên phải Động DC cho dòng điện chiều chạy qua làm quay Roto dẫn đến motor quay, ta đổi chiều dịng điện motor quay theo chiều ngược lại Do điểu chỉnh hướng quay motor Đặc tính kỹ thuật hầu hết động motor tốc độ quay( Vòng/ phút) cao moment ngẫu lực thấp Nhưng mà hầu hết Robot cần tốc quay chậm moment ngẫu lực cao Do hộp số lắp vào DC motor nhằm giảm tốc độ quay làm tang moment ngẫu lực Trên hộp số thường ghi rõ số truyền động trước sau hộp số Ví dụ: Tốc độ quay DC motor 1000 vòng/Phút gắn vào hộp số 1000/1 Có nghĩa tốc độ quay đầu hộp số 1/1000 tốc độ DC motor chưa gắn hộp số => Vận tốc hộp số vận tốc DC motor chia cho 1000 Điều xung PWM, điều chỉnh vận tốc cho động SVTH : PHẠM MINH THẾ TÙNG ĐÀO NHƯ Ý 20 GVHD : TRẦN THANH ... thành lớp: chuyển động chân bánh Trong đề tài , tìm hiểu lớp robot chuyển động bánh Điều khiển robot bánh đơn giản gần ln đảm bảo tính ổn định robot Tiềm ứng dụng robot tự hành rộng lớn SVTH :... TRẦN THANH Đồ án tử Thiết kế hệ thống điện Mô tả hoạt động robot Hình Mơ tả hoạt động robot SVTH : PHẠM MINH THẾ TÙNG ĐÀO NHƯ Ý GVHD : TRẦN THANH Đồ án tử Thiết kế hệ thống điện Lưu đồ thuật tốn... thám hiểm,thăm dò vũ trụ,thăm dò đáy biển,những nơi mà người đến,…… Robot tự hành thành phần có vai trị quan trọng ngành Robot học Cùng với phát triển mạnh mẽ hệ thống tự động hóa, robot tự hành