Xây dựng mô hình xe tự hành, dò đường bằng sóng siêu âm

  BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN XÂY DỰNG MƠ HÌNH XE TỰ HÀNH, DỊ ĐƯỜNG BẰNG SÓNG SIÊU ÂM   TRƯỞNG NHÓM  NGHIÊN CỨU: LÊ ĐỨC KIÊN  Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Thế Hồng • XÂY DỰNG MƠ HÌNH XE TỰ HÀNH, DỊ ĐƯỜNG BẰNG SĨNG SIÊU ÂM   TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC ĐỀ TÀI • Hiện tin học ứng dụng rộng rãi hầu hết ứng dụng kinh tế quốc gia Một ứng dụng sử dụng gần ứng dụng cơng nghệ thơng tin vào cơng nghệ chế tạo điều khiển robot thơng minh • Trong kinh tế tri thức phát triển xã hội tách khỏi phát triển công nghệ thông tin đặc biệt phát triển tin học, ngành khoa học công nghệ tạo sản phẩm robot nghiên cứu ứng dụng hình thành thập kỷ gần gọi Robotics   ỨNG DỤNG CỦA XE TỰ HÀNH • Xe tự hành mang lại nhiều lợi ích cho xã hội, giảm thiểu tai nạn giao thông, tiết kiệm lượng, tăng hiệu vận tải giảm nhiễm mơi trường • Đề tài không giúp nâng cao kiến thức kỹ lĩnh vực xe tự hành, mà cịn góp phần vào việc phát triển công nghệ ứng dụng sóng siêu âm sống   ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU • Ứng dụng Arduino Uno giao tiếp với cảm biến siêu âm, điều khiển động servo, điều khiển tốc độ động chiều • u cầu robot phát chướng ngại vật Chúng lấy thông tin từ khu vực xung quanh thông qua cảm biến Một số thiết bị cảm biến sử dụng để phát chướng ngại vật cảm biến va chạm, cảm biến hồng ngoại, cảm biến siêu âm Cảm biến siêu âm phù hợp để phát chướng ngại vật có giá thành thấp khả thay đổi cao   ARDUINO UNO LÀ GÌ? •Arduino tảng phần cứng mã nguồn mở: Các thiết kế phần cứng tham khảo Arduino phân phối dạng Creative CommonsAttribution Share-Alike 2.5 license có sẵn website Arduino Một vài phiên  phần cứng Arduino đưa lên file Layout thành phẩm Mã nguồn cho IDE khả dụng xuất dạng GNU General Public License, version   Tên Arduino UNO R3 SKU A000066 Ván Vi điều khiển  Đầu nối USB THÔNG SỐ KỸ THUẬT VÀ CÁC TÍNH  NĂNG CỦA ARDUINO USB-B Pin LED tích hợp 13 Ghim I/O kỹ thuật số 14 Pins Truyền thông Arduino UNO bo mạch tốt để  bắt đầu với thiết bị điện tử mã hóa  Nếu trải nghiệm  bạn mày mò với tảng  ATmega328P Chân đầu vào analog Chân PWM UART Có I2C Có SPI Có  Điện áp I / O 5V  Điện áp đầu vào (danh nghĩa) 7-12V Dòng điện DC chân I / O 20 mA Sức mạnh  Đầu nối nguồn Nút thùng Bộ xử lý ATmega328P 16 MHz Tốc độ đồng hồ Bộ xử lý nối tiếp USB Trí nhớ Kích thước ATmega328P ATmega16U2 16 MHz 2KB SRAM, 32KB FLASH, 1KB EEPROM Trọng lượng 25 g Chiều rộng 53,4 mm Chiều dài 68,6 mm   SƠ ĐỒ KÝ HIỆU ARDUINO UNO Bắt đầu theo chiều kim đồng hồ từ trung tâm cùng: Chân tham chiếu tương tự (màu cam) Digital Ground (xanh nhạt) Ghim kỹ thuật số 2-13 (màu xanh cây) Ghim kỹ thuật số 0-1 / Nối ti ếp vào / - TX / RX (xanh đậm)  Nút đặt lại - S1 (xanh đậm) Lập trình nối tiếp mạch (xanh lam) Tương tự chân 0-5 (màu xanh nhạt) Chân nguồn chân nối đất (nguồn: cam, đất: cam nhạt)  Nguồn điện bên vào (9-12VDC) - X1 (màu hồng) Chuyển đổi Nguồn bên Nguồn USB (đặt nút nhảy hai chân gần với nguồn cung cấp mong muốn) - SV1 (màu tím) USB (được sử dụng để tải phác thảo lên bảng để giao tiếp nối tiếp bo mạch máy tính; có t hể sử dụng để cấp nguồn cho bảng) (màu vàng)   ỨNG DỤNG ARDUINO TRONG NGHIÊN CỨU • Arduino đơn vị xử lý robot Trong số 14 chân I / O kỹ thuật số có sẵn, chân sử dụng thiết kế dự án Cảm biến siêu âm có chân: Vcc, Trig, Echo Gnd Vcc Gnd kết nối với chân + 5v GND Arduino Trig (Kích hoạt) kết nối với chân thứ Echo kết nối với chân thứ Arduino UNO tương ứng Một động servo sử dụng để xoay cảm biến siêu âm để quét chướng ngại vật Nó có ba chân Control, VCC GND Chân điều khiển Servo kết nối với chân 11 Arduino VCC GND kết nối với + 5V GND L293D IC 16 chân Các chân chân cho phép Các chân kết nối với + 5V Chân đầu vào điều khiển từ vi điều khiển cho động thứ Chúng kết nối với chân Arduino tương ứng Tương tự, chân 10 15 đầu vào điều khiển từ vi điều khiển cho động thứ hai Chúng kết nối với chân Arduino Các chân 4, 5, 12 13 L293D chân nối đất kết nối với Gnd Động (coi động cho bánh trái) kết nối qua chân L293D Động thứ hai, hoạt động động bánh xe bên phải, kết nối với chân 11 14 L293D Chân thứ 16 L293D Vcc1 Điều kết nối với + 5V Các chân thứ Vcc2 Đây điện áp cung cấp động Điều kết nối đâu 4,7V 36V Trong dự án này, chân L293D kết nối với nguồn + 5V   GIỚI THIỆU CẢM BIẾN SIÊU ÂM HC-SR04 •Cảm biến siêu âm HC-SR04 dạng cảm  biến module Cảm biến thường  bản mạch, hoạt động theo nguyên lý thu phát sóng siêu âm loa cao tần •Cảm biến siêu âm HC-SR04 thường kết hợp với arduino, PIC, AVR,… để chạy số ứng dụng : phát vật cản xe robot, đo khoảng cách vật,…    NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM HC-SR04 Để đo khoảng cách cảm biến siêu âm HCSR04, 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 Trong khơng khí, tốc độ âm đạt mức 340 m/s (hằng số), tương đương với 29,412 microSeconds/cm (106 / (340*100)) Khi tính thời gian, ta chia cho 29,412 để giá trị khoảng cách   GIỚI THIỆU MODULE ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ L298 Module điều khiển động L298 ( mạch cầu H L298) module hưu ích, phổ biến với chức thông dụng giá thành rẻ lựa chọn bạn học sinh, sinh viên Mạch điều khiển động Ứng dụng nhiều vào đề tài: điều khiển xe robot, điều khiển cánh tay robot (Cánh tay robot bậc bạn phải sử dụng tới mô đun này), Arduino để điều khiển động sử dụng mô đun điều khiển ộng cơ… Module l298 điều khiển động motor giảm tốc, motor mini, động bước, động servo, động dc   CẤU TẠO VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ GIẢM TỐC 3V-9V • •Điện áp hoạt động:3V~ 9V DC (Hoạt động tốt từ - 8V) • •Mơmen xoắn cực đại: 800g • •Tỉ lệ: 1:48 (3V) • •Tốc độ khơng tải: 125 Vịng/ Phút (3V) • •(Với bánh 66mm: 26m/1p) • •208 Vịng/ Phút (5V) • •(Với bánh 66mm: 44m/1p) • •Dịng khơng tải: 70mA (250mA MAX)   Servo dạng động điện đặc biệt Không giống động thông thường cắm điện vào quay liên tục, servo quay điều khiển (bằng xung PPM) với góc quay nằm khoảng từ 0o - 180o Mỗi loại servo có kích thước, khối lượng cấu tạo khác Có loại nặng 9g (chủ yếu dùng máy bay mơ mình), có loại sở hữu momen lực bá đạo (vài chục  Newton/m), có loại khỏe nhơng sắc chắn, GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ SERVO Động servo thiết kế hệ thống hồi tiếp vịng kín Tín hiệu động nối với mạch điều khiển Khi động quay, vận tốc vị trí hồi tiếp mạch điều khiển Nếu có bầt kỳ lý ngăn cản chuyển động quay động cơ, cấu hồi tiếp nhận thấy tín hiệu chưa đạt vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động đạt điểm xác    NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA XE TỰ HÀNH SỬ DỤNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM Robot tránh vật cản sử dụng cảm biến siêu âm cho chuyển động Một vi điều khiển thuộc họ 8051 sử dụng để đạt hoạt động mong muốn Các động kết nối thông qua IC điều khiển động Cảm biến siêu âm gắn phía động servo đầu xe, động servo quay theo góc đặt trước(30,90,150) Từ cảm biến siêu âm đo khoảng cách góc so sánh để định hướng với vi điều khiển Arduino điều chỉnh hướng xe cách thay đổi tốc dộ quay hai động giảm tốc thông qua mạch điều khiển L298   VIDEO CHẠY THỬ  • Xe sơ tự tránh vật cản   Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Ý nghĩa khoa học Xây dựng sở khoa học khả tự hành tránh vật cản robot sử dụng cảm biến siêu âm khả nhận điều khiển từ xa thông qua sóng vơ tuyến RF Ý nghĩa thực tiễn đề tài Tiềm ứng dụng xe tự hành lớn, kể đến robot vận hành vật liệu, hàng hóa tịa nhà, nhà máy, cửa hàng, sân bay hay thư viện… robot xe lăn phục vụ người khuyết tật…   TÀI LIỆU THAM KHẢO • Arduino – Wikipedia tiếng Việt • Tổng quan thành phần Arduino UNO | Tài liệu Arduino • Giới thiệu Servo SG90 cách điều khiển biến trở | Cộng đồng Arduino Việt Nam • Động giảm tốc gì? Cấu tạo nguyên lý hoạt động? Cách phân loại? • MODULE ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ L298 - MODULE ĐỘNG CƠ • Sử dụng cảm biến khoảng cách HC-SR04 | Cộng đồng Arduino Việt Nam • Robot tự hành tránh vật cản & nguyên lý hoạt động | UNIDUC   TRƯỞNG NHÓM  NGHIÊN CỨU: LÊ ĐỨC KIÊN  NGƯỜI HƯỚNG DẪN: THS NGUYỄN THẾ HỒNG • XÂY DỰNG MƠ HÌNH XE TỰ HÀNH, DỊ ĐƯỜNG BẰNG SĨNG SIÊU ÂM Xin cảm ơn lắng nghe