Đồ án vi điều khiển thiết kế xe điều khiển từ xa và xe tự hành

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG VIỆT - HÀN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN THIẾT KẾ XE ĐIỀU KHIỂN TỪ XA VÀ XE TỰ HÀNH Nhóm trưởng : Lê Quang Long - 20NS Giảng viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Thị Huyền Trang Đà nẵng, tháng năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THƠNG VIỆT - HÀN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN THIẾT KẾ XE ĐIỀU KHIỂN TỪ XA VÀ XE TỰ HÀNH Nhóm trưởng : Lê Quang Long - 20NS Giảng viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Thị Huyền Trang Đà nẵng, tháng năm 2022 LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô bạn dành thời gian giúp đỡ chúng em trình thực đồ án Đặc biệt, chúng em xin chân thành cảm ơn cô ThS Nguyễn Thị Huyền Trang người đồng ý hướng dẫn trực tiếp cho đề tài chúng em Là người tận tình giúp đỡ chúng em thông tin đồ án Nhờ mà chúng em hoàn chỉnh đồ án quan trọng hết chúng em tiếp thu kinh nghiệm suốt trình thực đồ án Tuy nhiên, vì là lần đầu chúng em thực hiện một dự án cho bản thân mặc dù đã tìm tòi nghiên cứu không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự thông cảm và góp ý của thầy cô Chúng em xin chân thành cảm ơn! MỞ ĐẦU Trong năm qua, khoa học máy tính xử lý thơng tin có bước tiến vượt bậc ngày có đóng góp to lớn vào cách mạng khoa học kỹ thuật đại Đặc biệt đời phát triển nhanh chóng kỹ thuật số làm cho ngành điện tử trở nên phong phú đa dạng Nó góp phần lớn việc đưa kỹ thuật đại thâm nhập rộng rãi vào lĩnh vực hoạt động sản xuất, kinh tế đời sống xã hội Từ hệ thống máy tính lớn đến hệ thống máy tính cá nhân, từ việc điều khiển máy công nghiệp đến thiết bị phục vụ đời sống ngày người Trong hệ thống đó, việc trao đổi thông tin vô quan trọng Bản báo cào trình bày kết nghiên cứu cơng nghệ không dây Bluetooth thiết bị điện tử chạy hệ điều hành Android, ứng dụng vào thiết kế mơ hình xe điều khiển từ thiết bị Android qua kết nối không dây Bluetooth xe tự tránh vật cản kỹ nguyên xe tự động NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Đà Nẵng, ngày 10 tháng 5 năm 2022 Giảng viên hướng dẫn ThS Nguyễn Thị Huyền Trang MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU DANH MỤC HÌNH PHẦN I: CỞ SỞ LÝ LUẬN 1.1 Linh kiện điện tử, vi điều khiển cảm biến 1.2 Các phần mềm thiết kế xe robocar 1.3 Các công nghệ sử dụng xe robocar 1.4 Ứng dụng  .12 PHẦN II: THIẾT KẾ ROBOCAR 13 2.1 Các linh kiện thành phần 13 2.2 Thiết kế xe điều khiển 15 2.2.1 Yêu cầu sản phẩm 15 2.2.2 Sơ đồ khối chức khối 15 2.2.3 Sơ đồ kết nối 17 2.2.4 Lưu đồ thuật toán 18 2.3 Thiết kế xe tự hành 19 2.3.1 Yêu cầu sản phẩm 19 2.3.2 Sơ đồ khối chức khối 19 2.3.3 Sơ đồ kết nối 20 2.3.4 Lưu đồ thuật toán 21 PHẦN III: THI CÔNG VÀ KẾT QUẢ .22 3.1 Xe điều khiển 22 3.1.1 Nguyên lý hoạt động .22 3.1.2 Kinh phí thực 23 3.1.3 Sản phẩm thực tế 25 3.2 Xe tự hành .26 3.2.1 Nguyên lý hoạt động .26 3.2.2 Kinh phí thực 28 3.2.3 Sản phẩm thực tế 30 3.3 Kết thực 31 3.3.1 Xe điều khiển 31 3.3.2 Xe tự hành .31 PHẦN IV: KIẾN NGHỊ .32 4.1 Hạn chế 32 4.2 Kiến nghị .32 KẾT LUẬN 33 DANH MỤC HÌNH Hình : Phần mềm Proteus .8 Hình : Phần mềm Arduino Hình : Khả kết nối thiết bị qua Bluetooth 11 Hình : Biểu diễn loại bước sóng 11 Hình : Sơ đồ khối xe điều khiển 15 Hình : Module khối nguồn 16 Hình : Mạch Arduino UNO R3 17 Hình : Tay game PS2 17 Hình : Sơ đồ kết nối xe điều khiển .18 Hình 10 : Lưu đồ thuật toán xe điều khiển 18 Hình 11 : Sơ đồ khối xe tự hành .19 Hình 12 : Sơ đồ kết nối xe tự hành 20 Hình 13 : Lưu đồ thuật toán xe tự hành 21 Hình 14 : Xe điều khiển 25 Hình 15 : Xe điều khiển 26 Hình 16 : Cảm biến siêu âm HC-SR04 27 Hình 17 : Xe tự hành 30 Hình 18 : Xe tự hành 30 PHẦN I: CỞ SỞ LÝ LUẬN 1.1 Linh kiện điện tử, vi điều khiển cảm biến Gồm linh kiện : Dây điện ArduinoUno Module Bluetooth Động giảm tốc Bánh xe V1 Pin 18650 Điều khiển động L298N Cánh tay robot Servo 10 Module cảm biến sóng siêu âm 1.2 Các phần mềm thiết kế xe robocar Hình : Phần mềm Proteus Hình : Phần mềm Arduino 1.3 Các công nghệ sử dụng xe robocar  Công nghệ không dây Bluetooth: - Bluetooth công nghệ cho phép truyền thông thiết bị với mà không cần dây dẫn Nó chuẩn điện tử, điều có nghĩa hãng sản xuất muốn có đặc tính sản phẩm họ phải tuân theo yêu cầu chuẩn cho sản phẩm Những tiêu chuẩn kỹ thuật đảm bảo cho thiết bị nhận tương tác với sử dụng công nghệ Bluetooth Ngày phần lớn nhà máy sản xuất thiết bị có sử dụng công nghệ Bluetooth Các thiết bị gồm có điện thoại di động, máy tính thiết bị hỗ trợ cá nhân PDA (Prosonal Digital Assistant) Công nghệ Bluetooth công nghệ dựa tần số vô tuyến thiết bị có tích hợp bên cơng nghệ truyền thông với thiết bị khác với khoảng cách định cự ly để đảm bảo công suất cho việc phát nhận sóng Cơng nghệ thường sử dụng để truyền thông hai loại thiết bị khác Ví dụ: Bạn hoạt động máy tính với bàn phím khơng dây, sử dụng tai nghe khơng dây để nói chuyện điện thoại di động bạn bổ sung thêm hẹn vào lịch biểu PDA người bạn từ PDA bạn  Đặc điểm công nghệ Bluetooth : + Ưu điểm - Tiêu thụ lượng thấp - Cho phép ứng dụng nhiều loại thiết bị bao gồm thiết bị cầm tay điện thoại di động - Giá thành ngày giảm - Khoảng cách giao tiếp cho phép hai thiết bị kết nối lên đến 100m - Bluetooth sử dụng băng tần 2.4GHz, tốc độ truyền liệu đạt tới mức tới đa 1Mbps mà thiết bị không cần phải trực tiếp thấy - Dễ dàng việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối ứng dụng với ứng dụng khác thơng qua chuẩn Bluetooth, độc lập phần cứng hệ điều hành sử dụng - Tính tương thích cao, nhiều nhà sản xuất phần cứng phần mềm hỗ trợ + Nhược điểm - Khoảng cách kết nối ngắn so với công nghệ mạng không dây khác - Chỉ kết nối hai thiết bị với nhau, không kết nối thành mạng 2.3 Thiết kế xe tự hành 2.3.1 Yêu cầu sản phẩm - Robocar tự vận hành, nhận dạng đường đi, vật cản để hoàn thành đường đua - Tốc độ, thời gian xử lý đường nhanh - Thiết kế gọn gàng, thẩm mỹ 2.3.2 Sơ đồ khối chức khối - Sơ đồ khối Hình 11 : Sơ đồ khối xe tự hành - Chức khối:  Khối nguồn: cấp nguồn 5V cho khối hoạt động  Khối cảm biến: Sử dụng module cảm biến dò vật cản để nhận tín hiệu từ bên ngồi xong chuyển tín hiệu sang khối so sánh  Khối so sánh: Nhận tín hiệu từ khối cảm biến, so sánh khếch đại tín hiệu để đưa mức logic tương ứng với trạng thái không vật cản mức logic tương ứng với trạng thái có vật cản chuyển tín hiệu cho khối trung tâm xử lí  Khối trung tâm xử lí: Sử dụng Arduino Uno R3, nhận tín hiệu từ khối so sánh tính tốn để xác định trạng thái robot di chuyển xuất tín hiệu xung chuyển qua khối điều khiển động  Khối điều khiển động cơ: Sử dụng module L298 để nhận tín hiệu từ khối trung tâm xử lí tín hiệu để điều hướng xe di chuyển (rẽ trái, rẽ phải) 2.3.3 Sơ đồ kết nối Hình 12 : Sơ đồ kết nối xe tự hành 2.3.4 Lưu đồ thuật tốn Hình 13 : Lưu đồ thuật tốn xe tự hành PHẦN III: THI CƠNG VÀ KẾT QUẢ 3.1 Xe điều khiển 3.1.1 Nguyên lý hoạt động Sử dụng tay điều khiển robot chuyển đổi tín hiệu kết nối xe Tay cầm PS2 khơng dây có khả bắt sóng lên đến 10m Phần cứng xe điều kiển hoàn thiện Bắt đầu mở công tắc nguồn đồng thời khởi động chuyển đổi tín hiệu kết nối xe Tiếp theo bật công tắc điều khiển robot không dây, cho app kết nối Bluetooth xe điều khiển Và cuối điều khiển xe chạy tiến, lùi, trái, phải điều khiển Nguyên Tắc Hoạt Động Module Điều Khiển  - Module Arduino PS2 JoyStick khối biến trở, hoạt động dựa nguyên tắc sau: Hoạt động đẩy cần gạt hướng làm xoay biến trở tương ứng tạo thay đổi điện áp xuất Các chuyển động hướng hai chiết áp cho trục Nguyên lý hoạt động cánh tay Robot Arduino - Chu kì hoạt động Robot: - Khi Reset thiết bị tất cấu Robot trở vị trí ban đầu (Home) Trường hợp Robot vị trí làm việc bị sập nguồn, thiết bị cấp lại nguồn Robot tự động quay vị trí home Tồn chu kì hoạt động Robot :  Bước 1: Xi lanh Gripper cấp xuống đến vị trí sản phẩm Bước 2: Gripper mở gắp sản phẩm Bước 3: Xi lanh nhả khí giúp kép Gripper lên Bước 4: Tín hiệu truyền đến động bước, xoay cánh tay đến vị trí thiết lập trước Bước 5: Đến vị trí thiết lập, xi lanh cấp khí xuống Bước 6: Gripper nhả kẹp sản phẩm Bước 7: Xi lanh nhả khí Bước 8: Quay vị trí home tiếp tục chu kỳ 3.1.2 Kinh phí thực Tên linh kiện Số Giá lượng Arduino UNO R3 199,000 L298 (Điều khiển động DC) 45,000 https://hshop.vn/products/ arduino-motor-shield-l298 Động giảm tốc vàng DC 3- 24,000 6V Bộ khung xe robot tầng 195,000 động Pin sạc 18650 2000mAh 4-5 45,000 x viên Tay game ps2 kèm mạch chiển arduino https://lamchucongnghe.com/ tay-cam-choi-game-ps2-khongday-co-san-mach-chuyen-doiarduino-dieu-khien-robot 300,000 Cánh tay robot kèm servo Hộp đế pin 18650 ngăn nối 240,000 10,000 tiếp Tổng 1,193,000 3.1.3 Sản phẩm thực tế Hình 14 : Xe điều khiển Hình 15 : Xe điều khiển 3.2 Xe tự hành 3.2.1 Nguyên lý hoạt động Xe tự hành sau nạp code gắn thành công thiết bị cảm biến siêu âm thực nơi có chướng ngại vật, ta đặt vào phía trước để đảm bảo quay theo ý muốn Chuyển động robot thực giá trị khác gửi đến servo khoảng cách đến chướng ngại vật xung quanh robot  Đầu tiên, chướng ngại vật đặt trước rơ-bốt để đảm bảo quay sang phải phát đối tượng.   Sau đó, chướng ngại vật khác đặt bên phải để đảm bảo quay sang trái   Đặt chướng ngại vật bên trái để xem liệu sau robot có đảo ngược hay không   Cuối cùng, trở ngại đặt xung quanh robot để đảm bảo dừng hoàn toàn  Điều chỉnh mã để robot vượt qua chướng ngại vật mà khơng gặp khó khăn Từ ta thấy xe hoạt động dựa cảm biến Sau nạp code xe chạy theo đường thẳng Nếu gặp chướng ngại vật xe rẽ trái phải để tìm đường phù hợp Nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm HC-SR04 Hình 16 : Cảm biến siêu âm HC-SR04 Để đo khoảng cách cảm biến siêu âm HC-SR04, ta phát xung ngắn (5 microSeconds) từ chân Trig Tiếp theo, xung HIGH chân Echo cảm biến tạo phát nhận lại sóng phản xạ chân Lúc này, độ rộng xung với thời gian sóng siêu âm phát từ cảm biến phản xạ lại Bộ phận phát sóng siêu âm Cấu tạo đầu phát đầu thu siêu âm loa gốm đặc biệt, phát siêu âm có cường độ cao tần số thường 40kHz cho nhu cầu đo khoảng cách Về nguyên lý, loa cần có nguồn điện áp cao phát tốt ( nhà sản xuất công bố = 30V) Trên mạch công suất sử dụng IC MAX232 làm nhiệm vụ đệm IC lấy tín hiệu từ điều khiển, khuếch đại biên độ lên mức +/-30V cấp nguồn cho loa IC đóng ngắt qua transistor để hạn chế việc tiêu thụ dòng Bộ phận thu sóng siêu âm phản xạ Thiết bị thu dạng loa gốm có cấu tạo nhạy với tần số chẳng hạn 40KHz Qua loạt linh kiện OPAM TL072, transistor NPN… Tín hiệu liên tục khuếch đại biên độ cuối đưa qua so sánh, kết hợp với tín hiệu từ điều khiển để đưa điều khiển Bộ phận xử lý, điều khiển tín hiệu Vi điều khiển (PIC16F688, STC11,…) sử dụng làm nhiệm vụ phát xung, xử lý tính tốn thời gian từ phát đến thu sóng siêu âm nhận tín hiệu TRIG 3.2.2 Kinh phí thực Tên linh kiện Số lượng Giá Arduino UNO R3 199,000 L298 (Điều khiển động 45,000 DC) https://hshop.vn/ products/arduino-motorshield-l298 Động giảm tốc vàng 24,000 x DC 3-6V Bộ khung xe robot tầng động 195,000 Pin sạc 18650 2000mAh viên Cảm biến siêu âm HC- 45,000 x 35,000 x SR04 Hộp đế pin 18650 ngăn nối tiếp 3.2.3 Sản phẩm thực tế 10,000 Hình 17 : Xe tự hành Hình 18 : Xe tự hành 3.3 Kết thực 3.3.1 Xe điều khiển Hồn thành xe điều khiển, xe chạy khơng bị giật lắc, không bị ngắt kết nối với điều khiển Càng gắp hoạt động tốt, chắn không bị rung lắc 3.3.2 Xe tự hành Xe cảm biến tốt cảm biến tốt vật cản Xe không bị lỗi, khơng bị quay trịn bật cơng tắc, thẳng không gặp vật Khi gặp vật cản xe rẽ tìm đường khác để tránh vật cản PHẦN IV: KIẾN NGHỊ 4.1 Hạn chế Cuộc thi tổ chức thành công tốt đẹp, nhiên số hạn chế + Hạn chế mặt tài chính, giá thành để hồn thành xe tương đối cao + Hạn chế mặt đường đua, phần đường đua xe tự hành làm xốp , làm giảm khả thu phát cảm biến 4.2 Kiến nghị Chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa Kỹ thuật máy tính - Điện tử thầy cô tạo sân chơi bổ ích cho chúng em Chúng em xin kiến nghị việc mở rộng quy mô thi thêm phần khí để tăng độ khó Và có thêm phần kinh phí tài trợ cho tất đội tham gia KẾT LUẬN Quá trình thực đề tài giúp chúng em thu kết tốt, bổ sung nhiều phần kiến thức chưa hiểu rõ trình học tập hiểu rõ trình thiết kế, thực ý tưởng kỹ thuật đơn giản Môn học cho sinh viên chúng em mơi trường làm việc thân thiện, sáng tạo, kích thích tìm tịi Một lần chúng em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô khoa tận tình hướng dẫn, góp ý chúng em trình thực đề tài ... Sơ đồ kết nối xe điều khiển .18 Hình 10 : Lưu đồ thuật toán xe điều khiển 18 Hình 11 : Sơ đồ khối xe tự hành .19 Hình 12 : Sơ đồ kết nối xe tự hành 20 Hình 13 : Lưu đồ. .. THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG VI? ??T - HÀN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN THIẾT KẾ XE ĐIỀU KHIỂN TỪ XA VÀ XE TỰ HÀNH Nhóm trưởng : Lê Quang Long - 20NS Giảng vi? ?n hướng dẫn : ThS... thực tế 10,000 Hình 17 : Xe tự hành Hình 18 : Xe tự hành 3.3 Kết thực 3.3.1 Xe điều khiển Hoàn thành xe điều khiển, xe chạy không bị giật lắc, không bị ngắt kết nối với điều khiển Càng gắp hoạt động