Nghiên cứu phát triển lập trình phương tiện di chuyển tránh vật cản và bám theo bản đồ cho trước

1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1.Đặt vấn đề Từ ngàn xưa, người ước ao có cỗ máy, phương tiện để làm việc thay Trong xã hội đại ngày nay, với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật sống ngày phát triển, người xuất thêm nhu cầu việc cải thiện chất lượng sống, tiết kiệm thời gian, công sức cơng việc với phát triển khoa học kỹ thuật sản phẩm ứng dụng vào thực tế nhiều lĩnh vực như: y tế, giáo dục, nông nghiệp, sản phẩm dân dụng… Theo trang web USDOT Hoa kì dự đoán việc ứng dung loại phương tiện tự hành thông minh giảm 90% số người tử vong giao thông tương đương với 30,000 người năm tính riêng Hợp chủng quốc Hoa Kì Ngồi cịn giảm 25% vụ tắc nghẽn giao thông, giảm 40% thời gian lại tiết kiệm 80 tỉ năm cho giao thông toàn giới, tương đương tiết kiệm khoảng 1.3 nghìn tỉ dơ la mổi năm - theo báo cáo Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ (EIA) Nó cịn cơng nghệ tương lai giảm mức tiêu thụ năm lượng 40% theo giảm 60% khí thải nhiễm giao thông (theo nghiên cứu Đại học Ohio-Hoa Kì).[1] Bởi lợi ích tác dụng to lớn vậy, công nghệ phương tiện tự hành công nghệ tương lai, có hội phát triển, ứng dụng toàn cầu Viêt Nam Hoàn toàn có khả phát triển ứng đụng vịng 20 năm tới Là sinh viên khoa Cơ khí động lực trường đại học Sư phạm Kĩ thuật Thành phố Hồ Chí Minh với mong muốn áp dụng kiến thức mà học bốn năm giảng đường đại học sâu vào thực tế nên nhóm chúng tơi định chọn đề tài mang tính ứng dụng vào đời sống Đề tài: “Nghiên cứu, phát triển lập trình phương tiện di chuyển tránh vật cản bám theo đồ cho trước” Phương tiện di chuyển thiết kế nhằm phù hợp với đề tài mà ứng dụng vào ứng dụng thực tế đời sống người Phương tiện di chuyển chạy theo đồ định sẵn nhằm tạo tính linh hoạt cho phương tiện cho người sử dụng, từ phát triển thêm tương lai 1.2.Mục tiêu Hiện thị trường có nhiều loại phương tiên di chuyển tự hành thị trường có nhiều tính phụ trợ bật số là: tính dị đường, vận chuyển hàng hóa, tính lau nhà dọn dẹp nhà cửa… giúp dỡ nhiều cho người từ tiết kiệm thời gian tiền bạc công sức lao động Từ vấn đề đó, mục tiêu đề tài thiết kế phương tiện di chuyển tự hành theo đồ zigzag cho trước, có khả tránh vật cản với thiết kế thẩm mĩ giá thành rẻ Và sản phẩm ứng dụng trực tiếp vào sống thực tế với ví dụ trở thành phương tiện sử dụng có chức lau nhà, dọn dẹp nhà cửa 1.3.Giới hạn đề tài  Phương tiện có mục đích chủ yếu sử dụng nhà, có khơng gian di chuyển giới hạn  Phương tiện vận hành sử dụng liên tục vòng giờ, tránh vật cản phịng có khả sạc báo lượng pin  Phương tiện hoạt động cách sử dụng cảm biến siêu âm SFR05 để lấy liệu điều khiển tránh vật cản nên có tượng nhiễu sóng khơng đạt độ xác cao  Phương tiện ứng dụng thực tế việc thêm dẻ lau để lau sàn nhà với loại bụi bẩn nhỏ (bụi bẩn bám sàn, bụi gỗ,….) tiến hành di chuyển lau theo đồ cho trước 1.4.Nội dung nghiên cứu  Chương 1: Tổng Quan Chương trình bày đặt vấn đề, dẫn nhập lý chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, giới hạn thông số bố cục đồ án  Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Trình bày sở lý thuyết cần thiết để thực đề tài giới thiệu thiết bị  Chương 3: Tính tốn, thiết kế phương pháp điều khiển Chương thiết kế, tính tốn thiết bị truyền khí, mạch điện hệ thống điều khiển, ngồi cịn nêu phương pháp để điều khiển động  Chương 4: Thiết kế giải thích giải thuật điều khiển Chương đưa vấn đề thi cơng giải thích giải thuật điều khiển khối hệ thống  Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét Đánh Giá Chương trình bày tất kết làm thơng qua hình ảnh, đánh giá sản phẩm qua thực tế  Chương 6: Kết Luận Hướng Phát Triển Chương trình kết luận làm được, chưa làm hướng phát triển CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.Giới thiệu chương Cơ sở lý thuyết để hồn thành đồ án việc lập trình sử dụng cảm biến siêu âm hệ thống điều khiển động để hoàn thành mục tiêu tránh vật cản chạy theo đồ định sẵn Kèm theo việc sử dụng sơ đồ giải thuật để giúp phương tiện hoạt động xác ổn định Vì vậy, chương giới thiệu sơ lược cấu tạo, nguyên lý hoạt động linh kiện điện tử module sử dụng phương tiện Các linh kiện điên tử giới thiệu bao gồm: Arduino Mega 2560, cảm biến siêu âm SRF05, mạch cầu H L298 V2 điều khiển động cơ, động servo giảm tốc GA25 V1 có encoder 375 xung 2.2.Tìm hiểu Arduino phần mềm IDE lập trình cho mạch Arduino 2.2.1.Arduino gì? Và cách lập trình cho mạch Ardunino Arduino bo mạch vi điều khiển nhóm giáo sư sinh viên Ý thiết kế đưa vào năm 2005 Mạch Arduino sử dụng để cảm nhận điều khiển nhiều đối tượng khác Nó thực nhiều nhiệm vụ từ lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ, nhiều đối tượng khác Ngồi mạch cịn có khả liên kết với nhiều module khác module đọc thẻ từ, ethernet shield, sim900A, ….để tăng khả ứng dụng mạch Phần cứng bao gồm board mạch nguồn mở thiết kế tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, ARM, Atmel 32-bit,… Hiện phần cứng Arduino có tất phiên bản, Tuy nhiên phiên thường sử dụng nhiều Arduino Uno Arduino Mega Arduino Uno sử dụng rộng rãi giới, nhiều ví dụ youtube trang hướng dẫn Arduino sử dụng mạch Vì bạn học Arduino, việc chọn Arduino Uno giúp bạn tự học dễ dàng Phần mềm để lập trình cho mạch Arduino phần mềm IDE Đây phần mềm mã nguồn mở, download từ trang web Arduino: arduino.cc [2] Cấu trúc chương trình Arduino thơng thường gồm  Phần 1: Khai báo biến Đây phần khai báo kiểu biến, tên biến, định nghĩa chân board số kiểu khai báo biến thông dụng  Phần 2: Thiết lập (void setup()) Phần dùng để thiết lập cho chương trình, cần nhớ rõ cấu trúc  Phần 3: Vịng lặp dùng để viết lệnh chương trình để mạch Arduino thực nhiệm vụ mà mong muốn Và nội dung đồ án, chúng em sử dụng Arduino Mega 2560 Một loại phổ biến thị trường và ứng dụng rộng rãi thiết kế (cả nghiên cứu lẫn thương mại), cách sử dụng đơn giản hỗ trợ cộng đồng lớn 2.2.2.Sơ lược Arduino Mega 2560 Arduino Mega 2560 sản phẩm tiêu biểu cho dịng mạch Mega dịng bo mạch có nhiều cải tiến so với Arduino Uno (54 chân digital IO 16 chân analog IO) Đặc biệt nhớ flash MEGA tăng lên cách đáng kể, gấp lần so với phiên cũ Uno R3 Điều với việc trang bị timer cổng interrupt khiến bo mạch Mega hồn tồn giải nhiều tốn hóc búa, cần điều khiển nhiều loại động xử lý song song nhiều luồng liệu số tương tự [2] Hình 2.1: Arduino Mega 2560 2.2.3.Thơng số kĩ thuật Arduino Mega 2560 Bảng 2.1: Thông số kĩ thuật Arduino Mega 2560 Chip xử lý ATmega2560 Điện áp hoạt động 5V Điện áp vào (đề nghị) 7V-15V Điện áp vào (giới hạn) 6V-20V Cường độ dòng điện 3.3V pin 50 mA Cường độ dòng điện I/O pin 20 mA Flash Memory 256 KB SRAM KB EEPROM KB Clock Speed 16 MHz 2.2.4 Sơ đồ chân Arduino Mega 2560 Hình 2.2: Mạch Arduino Mega 2560 – sơ đồ chân Arduino Mega 2560 vi điều khiển hoạt động dựa chip ATmega2560 Bao gồm:  54 chân digital (trong có 15 chân sủ dụng chân PWM từ chân số → 13 chân 44 45 46)  ngắt ngoài: chân (interrupt 0), chân (interrupt 1), chân 18 (interrupt 5), chân 19 (interrupt 4), chân 20 (interrupt 3), and chân 21 (interrupt 2)  16 chân vào analog (từ A0 đến A15)  cổng Serial giao tiếp với phần cứng: Bảng 2.2: Bốn cổng Serial giao tiếp với phần cứng CỔNG SERIAL CHÂN RX CHÂN TX Cổng 0 Cổng 19 18 Cổng 17 16 Cổng 15 14  thạch anh với tần số dao động 16 MHz  cổng kết nối USB  jack cắm điện  đầu ICSP  nút reset [2] 2.2.5.Đánh giá hoạt động Arduino Mega 2560 hoạt động ổn định chắn Hoàn toàn đảm bảo chức yêu cầu sử dụng cho phương tiện 2.2.6.Kết luận Việc sử dụng Arduino Mega 2560 vào đề tài giúp cho việc phát triển phương tiện trở nên dễ dàng loại arduino phổ biến tính ứng dụng cao Nhờ có header nối từ chân chip ATmega2560 nên linh động thay đổi dễ dàng phương án Vì Arduino Mega 2560 thích hợp để phát triển sản phẩm 2.3.Giới thiệu Mạch điều kiển động DC L298 2.3.1.Sơ lược Moduel điều khiển động L298 Mạch điều khiển động DC L298 V2 sử dụng IC Driver điều khiển động cơ, mạch có chất lượng tốt, khả hoạt động bền bỉ thiết kế tiện lợi với trở kéo tích hợp, diod bảo vệ, led hiển thị trạng thái, Domino chân cắm dễ dàng sử dụng Mạch điều khiển động DC L298 V2 có khả điều khiển động DC với dòng cấp lên đến 2A, mạch có IC nguồn 7805 giúp cấp nguồn 5VDC cho module khác( lưu ý sử dụng 5V nguồn cấp