Xây dựng mô hình xe dò đường bằng sóng siêu âm

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN XÂY DỰNG MÔ HÌNH XE DỊ ĐƯỜNG BẰNG SĨNG SIÊU ÂM Hà Nội , Tháng /Năm 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN XÂY DỰNG MƠ HÌNH XE DỊ ĐƯỜNG BẰNG SĨNG SIÊU ÂM -Trưởng nhóm nghiên cứu: LÊ ĐỨC KIÊN, Cơ Điện tử K66 -Thành viên tham gia thực hiện: LÊ ĐỨC KIÊN, Cơ Điện tử K66 Người hướng dẫn: NGUYỄN THẾ HỒNG MỤC LỤC Nơi dung Chương 1: Tổng quan đề tài 1.1 Giới thiệu đề tài 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Yêu cầu cần thực Hoàn chỉnh thiết kế thi c ng xe tự hành có cảm biến tự tránh vật cản Chương Giới thiệu Arduino thành phần mạch 2.1 2.1.2 Th ng số kỹ thuật tính arduino 10 2.2 Ứng dụng Arduino nghiên cứu 13 Thành phần mạch 14 2.2.1 Cảm biến siêu âm HC-SR04 14 2.2.2 Module điều khiển đông L298 17 2.2.3 Đông servo 25 Xây dựng xe dò đường 3.1 Giới thiệu Arduino uno 2.1.1 Lịch sử hình thành phát triển 2.1.3 Lỗi! The đánh dâu không đươc xác đ nh 26 Nguyên lý làm việc 27 Hình 10 Hình 12 Hình 15 Hình Lỗi! The đánh dâu không đươc xác đ nh Hình 17 Hình 18 Hình 20 Hình 21 Hình 22 Hình 10 24 Hình 11 25 Hình 12 26 Hình 13 26 Hình 14 27 Hình 15 29 MỞ ĐẦU Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài: - Nghiên cứu nguyên lý đo khoảng cách cảm biến siêu âm SR04 - Phương pháp điều khiển đông (theo cách tự hành) Phạm vi nghiên cứu: Kh ng gian làm việc xe mặt phẳng giới hạn tường, vật cản xem vật cản chiều tĩnh hoàn toàn Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài a) 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 th ng qua sóng v tuyến RF b) 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,… - Tính cấp thiết đề tài - Hiện tin học ứng dụng rông rãi hầu hết ứng dụng kinh tế quốc gia Môt ứng dụng sử dụng gần ứng dụng c ng nghệ th ng tin vào c ng nghệ chế tạo điều khiển robot th ng minh Xu phát triển giới khoa học c ng nghệ lu n có thay đổi mạnh mẽ Nền kinh tế tri thức với c ng nghệ th ng tin góp phần quan trọng vào việc nâng cao chất lượng cuôc sống người Trong kinh tế tri thức phát triển xã hôi kh ng thể tách khỏi phát triển c ng nghệ th ng tin đặc biệt phát triển tin học, ngành khoa học c ng nghệ tạo sản phẩm robot nghiên cứu ứng dụng hình thành thập kỷ gần gọi Robotics - M hình xe tự hành ứng dụng nhiều lĩnh vực giao th ng, quân sự, n ng nghiệp, y tế, giáo dục, v.v Xe tự hành môt loại xe có khả tự điều khiển di chuyển mà kh ng cần can thiệp người Xe tự hành mang lại nhiều lợi ích cho xã hôi, giảm thiểu tai nạn giao th ng, tiết kiệm lượng, tăng hiệu vận tải giảm nhiễm m i trường Tuy nhiên, để xe tự hành hoạt đơng an tồn hiệu quả, môt vấn đề quan trọng phải giải toán tránh vật cản Đề tài giúp sinh viên nâng cao kỹ thiết kế mạch điện tử, lập trình vi điều khiển, phân tích tín hiệu giải vấn đề thực tế Vì vậy, đề tài xây dựng m hình xe tự hành tránh vật cản sóng siêu âm mơt đề tài có ý nghĩa thực tiễn khoa học Đề tài kh ng giúp nâng cao kiến thức kỹ lĩnh vực xe tự hành, mà cịn góp phần vào việc phát triển c ng nghệ ứng dụng sóng siêu âm cc sống - Phương pháp nghiên cứu - Phân tích tổng hợp tài liệu liên quan đến đề tài, khái niệm xe tự hành, sóng siêu âm, cảm biến siêu âm, thuật toán xử lý tín hiệu điều khiển xe Phân loại hệ thống hoá lý thuyết xe tự hành tránh vật cản sóng siêu âm, m hình vật lý, tốn, sinh học, sinh thái xã - M hình hố quy luật quan hệ biến số liên quan đến đề tài, khoảng cách xe vật cản, tần số cường sóng siêu âm, góc quay tốc đô xe Phương pháp thực nghiệm, chế tạo thử Thiết kế chế tạo m hình xe tự hành có trang bị cảm biến siêu âm Thử nghiệm m hình xe m i trường khác nhau, đường thẳng, đường cong, đường có nhiều vật cản Thu thập phân tích liệu hiệu suất m hình xe, xác việc phát tránh vật cản, thời gian phản ứng tiết kiệm lượng - Kết đạt Thuyết minh báo cáo Kết cho thấy hệ thống phát tránh vật cản kịp thời, đồng thời trì tốc hướng mong muốn xe Hệ thống có tiềm ứng dụng lĩnh vực giao th ng, an ninh giải trí Xe m hình xe có khả phát trành vật cản 1.1 Giới thiệu đề tài - Tên đề tài: Xây dựng xe tự hành tránh vật cản sử dụng cảm biến siêu âm Robot tự hành sử dụng cảm biến siêu âm SR04để đo khoảng cách M i trường làm việc robot mặt phẳng, giới hạn tường, vật cản xem vật cản chiều tĩnh hồn tồn Trong tốn robot trang bị sensor cảm biến siêu âm SR04, cảm biến đặt lệch góc α ( chọn α=60°) để đo khoảng cách từ bánh xe tùy đông tới vật cản B1: cảm biến SR04 tiến hành đo khoảng cách theo hướng bên trái, bên phải, Sau gửi kết đo đạc vi điều khiển - Nguyên lý đo khoảng cách cảm biến siêu âm SR04 • SR04 sử dụng nguyên lý phản xạ sóng để đo khoảng cách • Khi muốn đo khoảng cách SR04 phát bơ xung với tần số 40KHz sau chờ đợi xung phản xạ Thời gian từ lúc xung xung dễ dàng tính khoảng cách từ SR04 tới vật cản • Khi phát xung chờ xung phản xạ về, chân Echo SR04 kéo lên mức cao(echo =1) có xung phản xạ chân Echo kéo xuống thấp hay sau 30us kh ng có xung phản xạ B2: Vi điều khiển vào kết đo đạc cảm biến SR04 tiến hành xử lý (căn vào tình xảy sensor phát vật cản, tình cần có cách ứng xử riêng) định điều khiển đông hay đơng • Đo hoảng cách với SR04 đo thời gian chân Echo mức cao • Để đo thời gian chân Echo mức cao ta sử dụng Timer1 ngắt PIC • Khi muốn đo khoảng cách ta kích hoạt chân Trigger, xung tối thiểu 10ms sau đợi chân echo lên mức cao Kích hoạt timer1 đợi chân Echo xuống mức thấp, chân Echo xuống mức thấp dừng timer tính tốn giá trị từ timer để suy khoảng cách Robot hoạt đông theo phương pháp điều khiển từ xa sóng siêu âm 1.2 Mục đích đề tài Mục đính đề tài áp dụng c ng nghệ th ng tin vào c ng việc “Xây dựng xe tự hành có khả tự tránh vật cản 1.3 Yêu cầu cần thực Hoàn chỉnh thiết kế thi c ng xe tự hành có cảm biến tự tránh vật cản CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO VÀ THÀNH PHẦN MẠCH 2.1 Giới thiệu Arduino uno 2.1.1 Lịch sử hình thành phát triển Arduino tảng vi mạch thiết kế mở phần cứng (Open-source hardware) phần mềm (Open-source software) Phần cứng Arduino bô vi điều khiển bo mạch đơn (Single-board microcontroller) tạo thị trấn Ivrea Ý, nhằm xây dựng ứng dụng tương tác với với m i trường thuận lợi Phần cứng bao gồm môt board mạch nguồn mở thiết kế tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, ARM Atmel 32-bit Những model trang bị gồm cổng giao tiếp USB, chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rông khác Được giới thiệu vào năm 2005, nhà thiết kế Arduino cố gắng mang đến môt phương thức dễ dàng, kh ng tốn cho người yêu thích, sinh viên giới chuyên nghiệp để tạo thiết bị có khả tương tác với m i trường th ng qua cảm biến cấu chấp hành Những ví dụ phổ biến cho người yêu thích bắt đầu bao gồm robot đơn giản, điều khiển nhiệt đô phát chuyển đơng Đi với mơt m i trường phát triển tích hợp (IDE) chạy máy tính cá nhân th ng thường cho phép người dùng viết chương trình cho mạch ng n ngữ Arduino, môt ng n ngữ riêng phát triển dựa C/C++ Giá board Arduino dao đông xung quanh €20, $27, "làm giả" giá giảm xuống thấp $9 Các board Arduino đặt hàng dạng lắp sẵn dạng kit tự-làm-lấy Th ng tin thiết kế phần cứng cung cấp c ng khai để muốn tự làm mơt mạch Arduino tay tự thực (mã nguồn mở) Người ta ước tính khoảng năm 2011 có 300 ngàn mạch Arduino thức sản xuất thương mại, vào năm 2013 có khoảng 700 ngàn mạch thức đưa tới tay người dùng Arduino khởi đông vào năm 2005 môt dự án dành cho sinh viên trại Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tương tác Ivrea) Ivrea, Italy Vào thời điểm sinh viên sử dụng môt "BASIC Stamp" (con tem Cơ Bản) có giá khoảng $100, xem giá dành cho sinh viên Massimo Banzi, môt người sáng lập, giảng dạy Ivrea Cái tên "Arduino" đến từ môt quán bar Ivrea, nơi môt vài nhà sáng lập dự án thường xuyên gặp mặt Bản thân quán bar có lấy tên Arduino, Bá tước Ivrea, vua Italy từ năm 1002 đến 1014 Lý thuyết phần cứng đóng góp môt sinh viên người Colombia tên Hernando Barragan Sau tảng Wiring hoàn thành, nhà nghiên cứu làm việc với để giúp nhẹ hơn, rẻ hơn, khả dụng công đồng mã nguồn mở Trường cuối bị đóng cửa, nhà nghiên cứu, mơt số David Cuarlielles, phổ biến ý tưởng Giá board mạch dao đông xung quanh $30 làm giả đến mức $9 Mơt mạch bắt chước đơn giản Arduino Mini Pro có lẽ xuất phát từ Trung Quốc có giá rẻ $4, trả phí bưu điện 10 Arduino môt 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 Môt vài phiên phần cứng Arduino đưa lên file Layout thành phẩm Mã nguồn cho IDE khả dụng xuất dạng GNU General Public License, version Mặc dù thiết kế phần cứng phần mềm miễn phí dạng copyleft license, nhà phát triển yêu cầu tên "Arduino" dành riêng cho sản phẩm thức kh ng sử dụng cho sản phẩm phái sinh mà cho phép Các văn sách thức việc sử dụng tên Arduino nhấn mạnh dự án mở người khác việc công tác để tạo sản phẩm thức Nhiều sản phẩm tương thích với Arduino phát hành thương mại tránh tên "Arduino" cách sử dụng từ phái sinh "-duino" 2.1.2 Th ng số kỹ thuật tính arduino Hinh 1: Kết cấu Ardu no Uno R3 Tại bạn tìm thấy th ng số kỹ thuật cho Arduino UNO R3 10