Lập trình robot tự động đơn giản với vđk PIC16F877A

Lập Trình RoBot Tự Động Đơn Giản Với VĐK PIC16F877A Tóm tắt Tài liệu hướng dẫn lập trình cho robot tự động dò đường theo vạch trắng và điều khiển các cơ cấu (nâng hạ, gắp nhả quà) một cách cơ bản nhất.Vi điều khiển được sử dụng trong tài liệu là PIC16F877A của Microchip.Lập trình bằng ngôn ngữ C với trình biên dịch CCS. 1 TÓM TẮT VỀ THIẾT KẾ ROBOT TỰ ĐỘNG Robot tự động trong các cuộc thi Robocon gồm 3 thành phần chính: Cơ khí, Mạch điện tử, Lập trình. 1.1 Cơ khí Một robot đơn giản gồm 2 động cơ truyền động cho 2 bánh xe bên trái và bên phải giúp robot di chuyển. Phía trước có thể là 1 hoặc 2 bánh tự do (bánh tự lựa, omni, mắt trâu,…). Để thực hiện được các công việc như nâng hạ trục, gắp nhả đẩy quá, robot được trang bị thêm các động cơ khác để truyền động cho các cơ cấu này. Tất cả các bộ phận trên được bố trí trên một khung bằng nhôm, sắt,… Phần hướng dẫn chi tiết về thiết kế cơ khí sẽ được trình bày trong một tài liệu khác. Tài liệu này chỉ tập trung vào phần lập trình. Mô hình robot dò dường đơn giản 1.2 Mạch điện tử Sơ đồ hoạt động của robot tự động 1.2.1 Mạch ngõ vào (cảm biến, nút ấn, công tắc hành trình) Với robot đơn giản, ngõ vào thường là mức logic lấy từ cảm biến quang (quang trở, quang diode), nút ấn hoặc công tắc hành trình. Từ đó mạch vi điều khiển xử lý các tín hiệu này để xuất ngõ ra (thường là động cơ DC) chophù hợp. Cảm biến quang phải được che chắn cẩn thận để hạn chế ảnh hưởng từ cácnguồn ánh sáng bên ngoài. Mạch cảm biến, nút ấn và công tắc hành trình 1.2.2 Mạch vi điều khiển Mạch sử dụng vi điều khiển PIC16F877A của Microchip. Mạch nhận tín hiệu từ ngõ vào, xử lý và xuất ngõ ra qua một mạch cách ly bằng opto ra mạch công suất. Mạch vi điều khiển 1.2.3 Mạch công suất điều khiển động cơ DC Một số mạch thông dụng: Mạch công suất sử dụng 1 FET và 1 relay Mạch cầu H điều khiển động cơ với Half Bridge Driver IR2184 1.3 Lập trình Đây là phần chính của tài liệu này. Ngôn ngữ lập trình được sử dụng là C, với trình biên dịch CCS cho vi điều khiển PIC của Microchip. Kiến thức ban đầu: Lập trình C căn bản Các tài liệu tham khảo: • Tài liệu CCS tiếng Việt. Đây là các tài liệu cần đọc qua trước khi vào lập trình cho PIC để có thể biết các hàm nhận tín hiệu ngõ vào, xuất tín hiệu ngõ ra, ngắt, timer, counter, PWM,… Các hàm quan trọng sẽ được nhắc lại ở phần 2. 2 LẬP TRÌNH CHO ROBOT TỰ ĐỘNG DÒ ĐƯỜNG ĐƠN GIẢN Chương trình giúp robot chạy theo vạch trắng trên nền màu sậm. 2.1 Phần cứng 8 cảm biến quang dò đường• Mạch công suất điều khiển 2 động cơ• Mạch vi điều khiển:• o PORTD: nối với tín hiệu ra của 8 cảm biến o Động cơ trái: Chân C0: điều khiển chiều (DIR_LEFT)♣ Chân C1: điều khiển cho phép chạy (EN_LEFT)♣ o Động cơ phải: Chân C3: điều khiển chiều (DIR_RIGHT)♣ Chân C2: điều khiển cho phép chạy (EN_RIGHT)♣ (Các ngõ vào và ngõ ra có thế nối với bất cứ PORT và chân nào của vi điều khiển) 2.2 Nguyên tắc điều khiển 2.2.1 Điều khiển động cơ Tương tự đối với các động cơ điều khiển các cơ cấu. 2.2.2 Hướng di chuyển của robot 2.2.3 Xử lý tín hiệu cảm biến (xem hình vẽ) Mục đích của việc dò đường là hướng cho robot đi theo 1 vạch thẳng màu trắng trên một nền màu đậm (đen, xanh,…) Cảm biến được đặt ở giữa robot. o Khi cảm biến số 3,4 nằm trên vạch trắng (mức 1): robot chạy thẳng o Khi robot lệch sang trái: quay phải để điều chỉnh robot về đúng vạch o Khi robot lệch sang phải: quay trái để điều chỉnh robot về đúng vạch Các mức độ lệch ra khỏi vạch trắng của robot 2.3 Chương trình điều khiển #include <16f877A.h> #include <def_877A.h> #fuses HS,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP #use delay(clock=20000000) /* ĐỊNH NGHĨA CÁC CHÂN VÀ PORT */ #define DIR_LEFT RC0 #define EN_LEFT RC1 #define DIR_RIGHT RC3 #define EN_RIGHT RC2 #define SENSOR PORTD /* KHAI BÁO CÁC CHƯƠNG TRÌNH CON */ void motor_left_forward(); void motor_left_reverse(); void motor_left_stop(); void motor_right_forward(); void motor_right_reverse(); void motor_right_stop(); void forward(); void reverse(); void stop(); void turn_left(); void turn_right(); /* CÁC CHƯƠNG TRÌNH CON */ // Động cơ trái chạy thuận void motor_left_forward() { DIR_LEFT=1; // chiều thuận EN_LEFT=1; // cho phép chạy } // Động cơ trái chạy ngược void motor_left_reverse() { DIR_LEFT=0; // chiều ngược EN_LEFT=1; // cho phép chạy } // Động cơ trái dừng void motor_left_stop() { EN_LEFT=0; // không cho phép chạy } // Động cơ phải chạy thuận void motor_right_forward() { DIR_RIGHT=1;// chiều thuận EN_RIGHT=1; // cho phép chạy } // Động cơ phải chạy ngược void motor_right_reverse() { DIR_RIGHT=0;// chiều ngược EN_RIGHT=1; // cho phép chạy } // Động cơ phải dừng void motor_right_stop() { EN_RIGHT=0; // không cho phép chạy } // Chạy thẳng void forward() { motor_left_forward(); motor_right_forward(); } // Chạy lùi void reverse() { motor_left_reverse(); motor_right_reverse(); } // Dừng void stop() { motor_left_stop(); motor_right_stop(); } // Quay trái void turn_left() { motor_left_forward(); motor_right_reverse(); // hoặc motor_right_stop(); } // Quay phải void turn_right() { motor_left_reverse(); // hoặc motor_left_stop(); motor_right_forward(); } /* CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH */ void main () { TRISC=0x00; // PORTC là ngõ ra ( động cơ) TRISD=0x00; // PORTD là ngõ vào (cảm biến quang) PORTC=0x00; // Khởi tạo giá trị ban đầu 0x00 cho PORTC while(1) { switch (SENSOR) { case 0b00011000: forward(); break; [...]... } } 3 CẢI TIẾN CHƯƠNG TRÌNH DÒ ĐƯỜNG 3.1 Điều khiển tốc độ động cơ với các trạng thái lệch khỏi vạch trắng 3.1.1 Nguyên lý Đối với chương trình dò đường đơn giản, khi robot lệch trái hoặc lệch phải, robot sẽ quay phải hoặc quay trái để điều chỉnh cho dù lệch ít hay lệch nhiều Như vậy, trong quá trình di chuyển, robot sẽ lắc liên tục vì phải quay trái, quay phải liên tục Do đó, với các mức độ lệch ra... vào động cơ tạo ra một tín hiệu xung Khi việc bật tắt ở tần số đủ lớn (thường sử dụng từ 1kHz đến 20kHz), động cơ sẽ chạy với 1 tốc độ ổn định nhờ moment quay Thời gian cấp nguồn cho động cơ là T-on, thời gian tắt nguồn động cơ là T-off Việc thay đổi thời gian T-on và T-off làm thay đổi điện áp hiệu dụng cấp cho động cơ Đối với động cơ DC, tốc độ động cơ tương đối tỉ lệ thuận với điện áp cấp cho động. .. set_pwm1_duty(30); Sử dụng CCP1 và CCP2 cho động cơ trái và động cơ phải, ta có thể điều khiển được tốc độ của 2 động cơ phù hợp trạng thái lệch khỏi vạch trắng của robot Các chương trình con tham khảo:• Để việc lập trình được dễ dàng, ta nên tạo các chương trình con xử lý tốc độ Sau đây là chương trình tham khảo của hàm speed o Speed (tốc độ động cơ trái, tốc độ động cơ phải) Tốc độ: -100 đến 100 (chạy... nhau, ta điều chỉnh tốc độ 2 bánh trái, phải cho phù hợp để quá trình di chuyển theo vạch của robot được “nhuyễn” và “mượt” hơn Bảng giá trị tham khảo tốc độ động cơ trái và động cơ phải tương ứng với các trạng thái lệch khỏi vạch trẳng của robot: 3.1.2 Điều khiển tốc độ động cơ DC bằng phương pháp PWM Đối với điều khiển tốc độ động cơ DC trong robot, phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là điều chế độ... Trong quá trình di chuyển của robot, sẽ có các vạch ngang màu trắng Nhờ các vạch ngang này, robot biết được mình đang đi đến đâu và sẽ thực hiện công việc gì tiếp theo (quay trái, quay phải, nâng hạ trục, gắp nhả quà,…) • Một cách đơn giản, khi robot đến vạch trắng, tất cả 8 cảm biến sẽ lên mức 1 ứng với giá trị đọc được của cảm biến là 0b11111111 hay 0xFF Ta dùng một biến đếm để biết thứ tự của vạch... encoder Để nhận xung từ encoder, ta có thể sử dụng ngắt ngoài, ngắt timer hoặc đơn giản là tham dò mức logic của các chân vi điều khiển một cách liên tục Phần sau đây giới thiệu cách nhận và đếm xung của PIC16F877A dùng ngắt ngoài B0 (nối với kênh A của encoder) và chân B1 (nối với kênh B của encoder) Ta có thể làm tương tự đối với các cách nhận xung khác Khởi tạo ngắt ngoài theo cạnh lên tại chân B0:•... duty cycle nên tốc độ động cơ đạt tương đương 80% tốc độ tối đa Tính toán duty cycle để điều khiển tốc độ động cơ DC 3.1.3 Điều xung PWM dùng vi điều khiển Điều xung PWM bằng phần mềm:• Điều xung PWM một cách đơn giản là đưa 1 chân nào đó của vi điều khiển lên mức 1, sau đó đưa xuống mức 0 Công việc này được lặp đi lặp lại liên tục sẽ tạo ra xung, và tốc độ của động cơ sẽ tương ứng với duty cycle Ví dụ:... 0; } Do chương trình nhận vạch ngang được gọi liên tục để kiểm tra có vạch ngang xuất hiện hay không nên sẽ dẫn đến tình trạng khi robot đến vạch ngang, biến đếm số vạch tăng thêm 1 Sau đó, khi robot chưa kịp chạy qua vạch ngang mà hàm kiểm tra được gọi dẫn đến việc biến đếm tăng liên tục.• Việc này khiến cho robot thực hiện sai công việc Hướng giải quyết tình huống này như sau: o Khi robot gặp vạch... dụng encoder 3.4.1 Kiến thức cơ bản về encoder Trong Robot, ta thường sử dụng incremental encoder (encoder tương đối) hay còn gọi là rotary encoder Mục đích của việc sử dụng encoder trong robot là đếm số vòng quay để tính số vòng quay của động cơ (bánh xe), từ đó suy ra quãng đường di chuyển và tốc độ của robot Encoder thường được sử dụng trong Robot 3.4.2 Sử dụng PIC để nhận và đếm xung từ encoder... / [4*( period+1 )] Nếu không cần điều xung quá “mịn” thì nên điều xung ở giá trị value 8bit cho đơn giản. ♣ Ví dụ: Ta muốn điều xung PWM với tần số 10kHz với tần số thạch anh (fosc) sử dụng là 20MHz (value 8bit) f=fosc/[4*mode*(period+1)] 10000 =20000000/[ 4*mode*(period+1) ] mode(period+1) = 500 Với mode = [1,4,16] và period = 0-255 ta có thể chọn: o mode = 4; period = 124 o mode = 16; period . Lập Trình RoBot Tự Động Đơn Giản Với VĐK PIC16F877A Tóm tắt Tài liệu hướng dẫn lập trình cho robot tự động dò đường theo vạch trắng và điều khiển các. khiển được sử dụng trong tài liệu là PIC16F877A của Microchip .Lập trình bằng ngôn ngữ C với trình biên dịch CCS. 1 TÓM TẮT VỀ THIẾT KẾ ROBOT TỰ ĐỘNG Robot tự động trong các cuộc thi Robocon gồm. điện tử, Lập trình. 1.1 Cơ khí Một robot đơn giản gồm 2 động cơ truyền động cho 2 bánh xe bên trái và bên phải giúp robot di chuyển. Phía trước có thể là 1 hoặc 2 bánh tự do (bánh tự lựa, omni,