BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Đề tài: Xe dò line

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Đề tài: Xe dò line BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Đề tài: Xe dò line Tính toán PID Lời nói đầu Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học đời sống, cuộc sống con người đã thay đổi ngày một tốt hơn, với những trang thiết bị hiện đại phục vụ trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Những thiết bị điện, điện tử được phát triển và ứng dụng rộng dãi trong cuộc sống hằng ngày. Từ những thời gian đầu phát triển vi xử lý đã cho thấy được sự ưu việt của nó và cho đến ngày nay tính ưu việt đó ngày càng được khẳng định thêm. Những thành tựu đó đã có thể biến được những cái tưởng chừng như không thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người. Nhóm chúng em đã rất cố gắng để có thể hoàn thành tốt nhất đề tài của mình. Tuy nhiên, do vốn kiến thức còn chưa nhiều, cũng như có nhiều yếu tố khách quan khác mà sản phẩm của nhóm còn nhiều thiếu sót. Chúng em rất mong thầy và các anh chị trợ giảng đóng góp ý kiến, phê bình và hướng dẫn thêm để các sản phẩm sau được hoàn thiện hơn. Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Hàn Huy Dũng và các anh chị trợ giảng đã hướng dẫn tận tình giúp chúng em có thể hoàn thành bài tập lớn này. Qua đây, chúng em không chỉ có thêm nhiều kiến thức về chuyên môn mà còn nâng cao hơn được kỹ năng làm việc nhóm, trau dồi thêm ngoại ngữ, biết cách phân tích và tư duy, cùng nhiều kỹ năng mềm khác. Chúng em xin chân thành cảm ơn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỂN THÔNG -  - BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Đề tài: Xe dò line Giảng viên hướng dẫn: TS Hàn Huy Dũng Lớp: Kỹ thuật vi xử lý quy - 124833 Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Quang 20182739 Phạm Long Vũ 20182897 Lê Văn Cường 20182398 Nguyễn Thị Trang 20182830 Nguyễn Quý Hoàng 20182541 Hà Nội, 6/2021 Lời nói đầu Ngày với phát triển mạnh mẽ khoa học đời sống, sống người thay đổi ngày tốt hơn, với trang thiết bị đại phục vụ cơng cơng nghiệp hóa, đại hóa Những thiết bị điện, điện tử phát triển ứng dụng rộng dãi sống ngày Từ thời gian đầu phát triển vi xử lý cho thấy ưu việt ngày tính ưu việt ngày khẳng định thêm Những thành tựu biến tưởng chừng thành có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất tinh thần cho người Nhóm chúng em cố gắng để hồn thành tốt đề tài Tuy nhiên, vốn kiến thức cịn chưa nhiều, có nhiều yếu tố khách quan khác mà sản phẩm nhóm cịn nhiều thiếu sót Chúng em mong thầy anh chị trợ giảng đóng góp ý kiến, phê bình hướng dẫn thêm để sản phẩm sau hoàn thiện Cuối chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Hàn Huy Dũng anh chị trợ giảng hướng dẫn tận tình giúp chúng em hoàn thành tập lớn Qua đây, chúng em khơng có thêm nhiều kiến thức chun mơn mà nâng cao kỹ làm việc nhóm, trau dồi thêm ngoại ngữ, biết cách phân tích tư duy, nhiều kỹ mềm khác Chúng em xin chân thành cảm ơn! Mục lục Lời nói đầu .2 Mục lục Danh mục hình ảnh Danh mục bảng Tóm tắt báo cáo .6 Chương I Thiết kế 1.1 Giới thiệu đề tài .7 1.2 Xác định yêu cầu .8 1.2.1 Yêu cầu chức 1.2.2 Yêu cầu phi chức 1.3 Bảng kế hoạch thực 1.4 Sơ đồ khối 10 1.4 Chi tiết khối 10 1.4.1 Khối vi điều khiển .10 1.4.2 Khối cảm biến 12 1.4.3 Khối động .14 1.4.4 Khối nguồn 16 1.5 Sơ đồ nguyên lý 17 1.6 Thuật toán PID 18 Chương II Lập trình mô 20 2.1 Sơ đồ mô 20 2.2 Lập trình .21 2.2.1 GPIO 21 2.2.2 Đọc giá trị cảm biến 22 2.2.3 Tính tốn PID 22 2.2.4 Điều khiển động 22 Chương III Kết luận .24 Chương IV Hướng phát triển 25 Chương V Phụ lục 26 Chương VI Tài liệu tham khảo .29 Danh mục hình ảnh Hình Sa bàn Hình Sơ đồ khối 10 Hình Pinmap Esp32 11 Hình Nguyên lý hoạt động cảm biến hồng ngoại 12 Hình Sơ đồ cấu tạo IR Infrared Obstacle Avoidance Sensor Module 13 Hình Nguyên lý IR Infrared Obstacle Avoidance Sensor Module 14 Hình Nguyên lý hoạt động IR sensor 14 Hình Sơ đồ nguyên lý L298 15 Hình Mạch hạ áp 17 Hình 10 Sơ đồ nguyên lý .18 Hình 11 Mơ hình PID 19 Hình 12 Sơ đồ mơ Proteus 20 Hình 13 Sơ đồ khối chương trình 21 Danh mục bảng Bảng Kế hoạch thực hiên .9 Bảng Vị trí xe tương ứng giá trị cảm biến 22 Bảng Thử nghiệm PID 22 Tóm tắt báo cáo Báo cáo tổng hơp q trình thực tập lớn mơn Kỹ thuật Vi xử lý nhóm chúng em Nội dung báo cáo trình bày chương Chương I: Chúng em trình giới thiệu đề tài, yêu cầu đề tài, kế hoạch thực hiện, bên cạnh chi tiết khối đề tài Chương II: Chúng em báo cáo chi tiết phần mơ lập trình tập lớn tài Chương III: Chúng em xin đưa số kết luận sau trình thực đề Chương IV: Một số hướng phát triển dựa đề tài Chương V: Phụ lục Chương VI: Một số tài liệu tham khảo Chương I Thiết kế 1.1 Giới thiệu đề tài Trong xã hội 4.0 ngày nay, phục vụ máy móc để để thay sức lao động người cần thiết, đặc biệt robot tự hành, không cần người điều khiển Xe dò line robot tự hành, tự động di chuyển theo đường kẻ tối màu (thường màu đen) vạch sẵn trắng Ứng dụng phổ biến luân chuyển hàng hóa, đồ dùng nhà máy, cơng xưởng, v.v [1] Trong tập lớn này, nhóm chúng em thực đề tài với quy mô nhỏ hơn, để hiểu ứng dụng xe dò line phát triển tiếp cho ứng dụng sau Hình Sa bàn Hình sa bàn để thực trình chạy thử nghiệm xe, xe phải bám theo đường màu đen có sẵn trắng 1.2 Xác định yêu cầu 1.2.1 Yêu cầu chức Xe dò line cần thiết kế cho di chuyển phải bám sát đường kẻ sẵn Khi di chuyển đến đoạn vòng cua, gấp khúc, xe phải tự động điều chỉnh tốc độ hợp lý để không bị văng ngồi đường kẻ Ngồi ra, xe mang khối hình hộp chữ nhật trọng lượng từ 0.51kg, khối hình hộp để tượng trưng cho hàng hóa vận chuyển nhà máy 1.2.2 Yêu cầu phi chức Mục tiêu môn học nắm ngơn ngữ ASM ngơn ngữ C, tập lớn này, yêu cầu phi chức sản phẩm phải phát triển dựa ngơn ngữ C, bên cạnh sử dụng vi điều khiển ESP32 1.3 Bảng kế hoạch thực Tên công việc Xác định yêu cầu - Ứng dụng sản phẩm - Họp nhóm phân chia cơng việc Mô tả sản phẩm - Yêu cầu chức - Yêu cầu phi chức Thiết lập sơ đồ khối Mô tả chi tiết khối - Khối đầu vào - Khối xử lý - Khối hiển thị Mốc thời gian hoàn thành 30/03/2021 Yêu cầu Thành viên Quang, Vũ, Trang, Hoàng, Cường Nắm yêu cầu thực 01/04/2021 Nắm chứng mà sản phẩm cần có 05/04/2021 Hoàn thành thiết kế sơ đồ khối Quang, Vũ, Trang, Hoàng, Cường Quang, Vũ Trang, Hoàng 13/4/2021 Sơ đồ chi tiết khối Lựa chọn phương án tối ưu - Tìm chọn sản phẩm tốt - Thiết kế nguyên lí mạch Kiểm tra - Thử mạch breadboard Hoàn thiện kiểm thử - Mua linh kiện lắp ráp - Kiểm thử mô Viết báo cáo trình bày - Viết báo cáo - Trình bày Power Point - Thuyết trình Vũ, Cường, Trang 24/04/2021 Mạch nguyên lý, chọn linh kiện phù hợp Quang, Hoàng, Vũ 13/04/2021 Sản phẩm demo Trang, Cường, Hoàng 30/05/2021 05/06/2021 Hoàn thành sản phẩm Hoàn thành báo cáo thuyết trình Quang, Vũ, Cường, Trang, Hồng Bảng Kế hoạch thực hiên 1.4 Sơ đồ khối Hình Sơ đồ khối Thiết bị gồm khối Khối cảm biến sử dụng IR sensor để dị tín hiệu đường line, sau phản hồi tín hiệu MCU MCU phát tín hiệu điều khiển cho mạch L298 để điều khiển động DC động điều khiển bánh xe gắn sẵn 1.4 Chi tiết khối 1.4.1 Khối vi điều khiển - Đây khối điều khiển chức toàn mạch - Pinmap Esp32 Devkit V1 thể hình sau: 10 - Có hai mạch cầu H để điều khiển động Giá hợp lý Module Điều Khiển Động Cơ DC L298 Mạch điều khiển động DC L298 có khả điều khiển động DC, dòng tối đa 2A động cơ, mạch tích hợp diode bảo vệ IC nguồn 7805 giúp cấp nguồn 5VDC cho module khác (chỉ sử dụng 5V nguồn cấp 2A cho motor) Điện áp tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V 15 - Dịng tín hiệu điều khiển: ~ 36mA (Arduino chơi đến 40mA nên khỏe re bạn) - Cơng suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃) - Nhiệt độ hoạt động: -25 ℃ ~ +130 ℃ 1.4.4 Khối nguồn Sử dụng pin 18650 4.2V để cấp nguồn: Do giá thành hợp lý, ghép nối tiếp pin lại, ta có nguồn đầu 12V Nguồn 12V dung để cấp cho mạch L298 Thông số kỹ thuật: - Dung lượng: 4.2V - Dòng xả: 2000mAA  Module Hạ Áp Buck DC-DC LM2596 Để vi điều khiển cảm biến hoạt động ổn định, cần nguồn cấp 3.3 – 5V Vì thế, nhóm chúng em sử dụng mạch hạ áp DC-DC với đầu vào nguồn 12V từ pin 4.2V, đầu 5V, để cấp cho vi điều khiển cảm biến Thông số kỹ thuật - Điện áp đầu vào: 4V-35V Điện áp đầu ra: 1.23V-30V  Dòng đầu ra: 3A (max)  Hiệu suất chuyển đổi: 92% (tối đa)  Tần số hoạt động module hạ áp: 150kHz  - Nhiệt độ hoạt động: -40 ℃ đến + 85 ℃  16 Hình Mạch hạ áp 1.5 Sơ đồ nguyên lý - Nguồn 12V cấp cho mạch L298, làm đầu vào cho mạch hạ áp DC-DC, đầu 5V cấp cho vi điều khiển cảm biến - Sản phẩm sử dụng module IR Sensor, để áp dụng thuật toán PID cách tốt - Mạch cầu L298 nhận tín hiểu từ Esp32 điều khiển động DC 17 Hình 10 Sơ đồ nguyên lý 1.6 Thuật toán PID PID thuật toán sử dụng phổ biến lĩnh vực điện, điển tử, để tự động điều chỉnh, điều khiển động giúp đạt giá trị chuẩn mong muốn, có độ lỗi nhỏ 1.6.1 Ý tưởng thuật toán Để hiểu ý tưởng thuật toán PID, đến ví dụ Giả sử có xe bánh tự động (trong bánh xe điều khiển động DC, bánh xe đa hướng) vận hành vi điều khiển, toán đặt cần xe chạy theo đường thẳng, tức bánh xe điều khiển động cần quay với tốc độ Nhưng trường hợp bánh xe bên phải vào vùng có ma sát (ví dụ vào cát, sỏi) chắn bánh xe bên phải xe quay với tốc độ chậm bánh xe bên trái Lúc này, đề xe tiếp tục thẳng động bên phải cần quay nhanh động bên trái Để thực điều này, cần xác định giá trị lỗi số vòng quay, quy PWM băm xung PWM cho động bên phải nhiều hơn, giảm PWM cho động bên trái [2] 18  Thuật toán PID thuật toán lý tưởng để giải vấn đề 1.6.2 Mơ hình thuật tốn Hình 11 Mơ hình PID Kp, Ki, Kd số không âm tương tứng với độ ảnh hưởng thành phần P, I, D giá trị trả [3] - e(t): độ lỗi thời điểm tại, để có độ lỗi cần giá trị pivot giá trị lý tưởng mong muốn động đạt được, suy độ lỗi từ pivot - t ∫ e(T )dT : độ lỗi tồn q trình, với giá trị này, giá trị điều chỉnh phụ thuộc vào toàn trình hoạt động động cơ, giá trị lấy dựa vào trung bình độ lỗi thời điểm trước - de( t) : đạo hàm độ lỗi khoảng thời gian trước đó, giá trị có dt nghĩa giá trị điều chỉnh phần đoán xu hướng động mà điều chỉnh cho hợp lý Dựa vào công thức ý nghĩa tham số, triển khai thực thuật toán với code C để áp dụng vào điều khiển động thực tế Chi tiết thuật toán PID cách áp dụng vào lập trình trình bày báo cáo cá nhân thành viên Nguyễn Hồng Quang nhóm 19 Chương II Lập trình mơ Do hồn cảnh khách quan, nên nhóm khơng thể offline làm việc với nhau, việc thay linh kiện trình thực tập lớn khó khăn, nhóm xin phép trình bày tập lớn với phần mềm mô Proteus 8.7, thay ESP32 Arduino UNO R3 2.1 Sơ đồ mô Hình 12 Sơ đồ mơ Proteus 20