Đồ án tốt nghiệp môn trang bị điện tử

Đồ án tốt nghiệp môn trang bị điện tử

Mục lục

Trang

Phần I: Đặt vấn đề C h ơng I: Mục tiêu của đề tài 3 Ch ơng II: Đối t ợng nghiên cứu ……… ………… 4

Ch ơng III :H ớng giải quyết …… ……… 6

Phần II : Nội dung đề tài Ch ơngI : Thiết bị phần cứng……… 7

1 1 Sensor cảm nhận quang……… ……… 7

1.1.a: Lựa chọn thiết bị thu, phát quang ………… … 7

1.1.b: Lựa chọn dải sóng làm việc của bộ phát và bộ thu 7 1.1.c: Số l ợng và cách bố trí các sensor quang 8 1.1.d: Tính tần số quét của các sensor quang… 8 1.2 Mạch phân tích thông tin 9 1.2.a: Sơ đồ mạch điện… 9 1.2.b: Mạch biến đổi t ơng tự số( ADC) 10 1.2.b.1: Khâu chuyển đổi t ơng tự số 10 1.2.b.2: Giới thiệu chung về ADC0804 13 1.2.b.3:Hoạt động của ADC0804……… 17

1.2.c: Bộ phân kênh MC14051 ……… 8

1.2.c.1: Chức năng – Hoạt Động……… 0

1.2.d: Bộ vi xử lý 89C51……… 18

1.2.d.1: Sơ đồ khối – chức năng……… 19

1.3 Truyền thông Máy tính – Vi xử lý

1.3.a: Các cơ sở của truyền thông nối tiếp

1.3.b: Các chuẩn RS232

1.3.c: Các cổng COM của IBM PC và t ơng thích 1.3.d: Nối ghép 8051 tới RS232

ơng II: Phần Mềm

II.1 Phân tích các thông tin trả về từ sensor quang 26

2.1.a.1:Ph ơng pháp phản hồi bằng cụm 4 sensorvà

điều khiển bằng bộ biến trạng thái 26

2.1.a.2:Ph ơng pháp điều khiển bằng mạng noron nhân tạo 27 2.1.a.2.1: Một số khái niệm cơ bản về mạng Noron 27

2.1.a.3: Ph ơng pháp tìm kiếm sensor trung tâm 41

Chơng I: Mục tiêu của đề tài :

Trong đề tài này ta nghiên cứu phơng pháp định vị cho rôbốt tự hành trên lới toạ độ ô vuông để từ đó đa ra quyết định về hớng chuyển động tiếp theo của rôbôt trên lới tọa độ

để định vị cho rôbốt tự hành trên lới toạ độ thì ta có thể dùng 1 trong các cách sau:

1 Dùng encoder để xác định quãng đờng đi đợc của 2 bánh rồi từ đó xuy

ra vị trí của xe trên lới toạ độ

2 Dúng các phơng pháp cơ khí để xác định toạ độ của xe (ví dụ dùng dây quấn )

3 Dúng các bộ cảm nhận quang để nhận biết các vạch trắng ngang dọc của lới toạ độ, từ đó tính toán ra toạ độ chính xác của rôbôt

Ta thấy với phơng pháp xác định toạ độ bằng cơ khí thì ta chỉ xác định đợc 1

số ít các quỹ đạo cố định, và độ chính xác không cao do ma sát mặt sàn, độ trợt bánh xe Với phơng pháp dùng encoder thì có độ linh hoạt cao hơn nhng cũng rất khó khăn trong việc thay đổi quỹ đạo và độ chính xác cũng không cao

Với phơng pháp dùng các bộ cảm nhận quang để nhận biết các vạch trắng ngang dọc của lới toạ độ thì ta có thể tính toán chính xác toạ độ của robot trên lới toạ độ mà không chịu ảnh hởng của việc trợt bánh do ma sát

Từ phân tích trên ta thấy chỉ với phơng pháp dùng các bộ cảm nhận quang đểnhận biết các vạch trắng ngang dọc của lới toạ độ là có thể đáp ứng mục đíchxác định toạ độ chính xác của robot tự hành lới toạ độ

Chơng II : Đối tợng nghiên cứu:

Đối tợng nghiên cứu của bài toán này là tọa độ của rôbôt tự hành trong quá trình chuyển động trên lới toạ độ ô vuông

 Lới toạ độ là những đờng kẻ màu trắng rộng 30mm song song và cách nhau 500mm, đợc vẽ đan xen để tạo nên 1 mạng lới ô vuông trên nền màu xanh lá cây xẫm ,nh hình vẽ trên đây:

Những vạch kẻ trắng đợc gián bằng giấy trắng bóng có thể phản quang

Khi robot di chuyển trên lới toạ độ thì nó phải tự phân tích đợc vạch dọc

và vạch ngang để từ đó tính đợc toạ độ của robot xo với lới toạ độ Vì robot di chuyển dựa chủ yếu vào việc phân tích lới toạ độ nên phải làm sao để không bị nhầm lẫn hay bỏ sót các vạch dọc và ngang nếu không robot sẽ không thể đi đợc tới vị trí mong muốn

Có thể nó việc phân tích đợc chính xác vạch dọc và ngang có ý nghĩa quyết định tới việc định vị rôbốt trên lới toạ độ

Chơng III: Hớng nghiên cứu

Ta xử dụng hệ thống sensor cảm nhận quang để xác định các vạch trắng trên nền sân, ta phân biệt các vạch trắng dựa theo sự khác biệt vể mức độ phản xạ

ánh sáng của vạch màu trắng và nền màu xanh

Ta phát ánh sáng xuống nền sân và dùng sensor quang để thu ánh sáng phản xạ về, từ cờng độ ánh sáng phản xạ về mà ta sẽ phân biệt đợc vạch trắng và nền xanh

Để so sánh, đánh giá chính xác cờng độ ánh sáng phản xạ về ta sử dụng bộ biến đổi ADC00804 để chuyển đổi điện áp trả về từ các sensor ra dạng số, sau đó xử dụng bộ vi xử lý 89C51 để xử lý các thông tin đa về

Do cờng độ sáng, phản xạ ở các mặt sân là khác nhau nên ta sẽ phải

xử dụng chơng trình tự động bắt mức sáng của sân để lấy đó làm giá trị so sánh

Phần II : Thực hiện đề tài

Chơng I : Thiết bị phần cứng

I.1: Sensor cảm nhận quang:

I.1.a: Lựa chọn thiết bị quang

Về sensor quang ta có 3 loại thông dụng có bán trên thị trờng là

phôtôdiode, phôtôtransistor và quang trở

Với phôtôdiode hồng ngoại và phôtôtransistor hồng ngoại

thì độ nhạy rất lớn nhng chỉ thu ánh sáng hồng ngoại nhng mặt sàn sân làm bằng những chất liệu phản xạ tốt ở dải sóng ánh sáng nhìn thấy đợc thế nên nếu dùng đèn phát và thu hồng ngoại thì cờng độ ánh sáng phản xạ về là không thể tốt bằng việc dùng cụm đèn phát và thu ở dải sóng ánh sáng nhìn thấy đợc Vì vậy trong trờng hợp này ta chọn cụm led phát ánh sáng trắng và quang trở để thu ánh sáng phản xạ là hợp lý

Một vài nét về điện trở quang

Điện trở quang là một linh kiện bán dẫn thụ động không có lớp chuyển tiếp

pn Vật liệu dùng để chế tạo điện trở quang là Cds (Cadmium Sulfid), CdSe (Cadmium Selenid), ZnS (Zinc Sulfid) hoặc các tinh thể hỗn hợp khác

Khi bị chiếu sáng, độ dẫn điện của vật liệu bán dẫn gia tăng do các hạt mang

điện tích sinh ra thêm Độ dẫn điện của bán dẫn có thể đợc diễn tả bằng

ph-ơng trình: e(nn  pp)

e: điện tích của electron= 1,602.10-19C

n và p : mật độ electron và lỗ trống

n

 và p: độ linh động của electron và lỗ trống

Trong cơ chế gia tăng các hạt mang điện tích do sự chiếu sáng, ta có chiều dài sóng giới hạn c Các photon có độ dài sóng lớn hơn ckhông làm sản sinh ra thêm các hạt mang điện tích

) (

24 , 1

.

eV E

1.Ga tăng mật độ các hạt mang điện tích.

2.Gia tăng độ linh động hiệu dụng

Quang trở đợc ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực:

- tắt mở đèn đờng

- autofocus trong các máy chiếu phim slide

- đo ánh sáng với các máy chụp hình bỏ túi (flash enable)

- công tắc ánh sáng

- điều chỉnh độ contrast của TV

- điều chỉnh độ chiếu sáng cho các mặt hiện số LED và LCD

- detetor các ngọn lửa trong các lò

I.1.b: Dải sóng làm việc:

Vì thiết bị thu của ta là quang trở nên ta chọn giải sóng làm việc là dảisóng ánh sáng nhìn thấy đợc từ 650nm(đỏ) tới 400 nm(tím)

Để có dải sóng này ta dùng nguồn phát là đèn led rọi ánh sáng trắng Với nguồn phát này ta có đợc dải sóng đều từ 650nm tới 400nm Vì tính chất phản xạ và hấp thụ của mặt sân nên khi ở vùng màu xanh chỉ có ánh sáng màu xanh phản xạ lên nên cờng độ ánh sáng phản xạ chỉ bằng 1 phần 7 ánh sáng phát, còn khi ở dải trắng thì ánh sáng phản xạ gần nh hoàn toàn cờng độ

ánh sáng phản xạ về sensorthu là rất lớn gần nh tơng đơng với cờng độ phát

Từ sự khác biệt này ta sử dụng ADC00804 để biến đổi điện áp thu đợc từ quang trở thành dạng số từ đó xử dụng chíp 89C51 để phân tích, so sánh ta

sẽ xác định đợc vạch trắng và nền xanh

I.1.c : Số lợng và cách bố trí sensor

Để thuận tiện nhất cho việc xác định vạch trắng trong lúc xe di

chuyển cũng nh phân biệt vạch ngang và dọc trong lúc xe rôbôt di chuyển với tốc độ cao thì ta xử dụng mô hình dàn senser gồm 12 quang trở thu và

13 led phát theo hành ngang ở phía trên của robot Mỗi quang trở cách nhau 25mm, xen giữa 2 quang trở là 1 led phát Độ dài của cả dãy sensorlà

300mm Với dãy sensorcó độ dài nh thế này thì khi di chuyển rôbôt đợc phéplệch tâm sang mỗi bên là 150mm, đây là khoảng cách khá an toàn cho rôbôt

có thể bám vạch tốt khi đi tốc độ cao cũng nh khi bị va chạm với chớng ngại vật hay rôbôt khác Việc bố trí dãy sensor nh thế này sẽ tạo thuận lợi rất nhiều cho việc lập trình quỹ đạo đi của robot

I.1.d: Tần số quét của dãy sensor quang:

Vì độ rộng của vạch ngang là 30mm thế nên ta phải tính toán sao cho rôbôt di chuyển không quá nhanh để đủ thời gian cho các sensor nhận biết đ-

ợc vạch ngang

Tần số biến đổi của ADC00804 là 100 μs nên để biến đổi xong tín hiệu từ 12sensor ta cần ít nhất là 1200μs rồi cộng thêm thời gian phân tích và tính toán thì vào khoảng 2000μs Vậy vận tốc tối đa của robot mà dãy sensor còn có thể đếm đợc đúng số vạch ngang là 15m/s

Tuy nhiên để robot đi ổn định thì ngoài chuyện bắt vạch còn phải tính đến quán tính của xe Từ quá trình thử nghiệm ta chọn vận tốc cho robot di

chuyển ổn định là 1,92m/s Vận tốc này là khá nhanh khi so với tốc độ 1,2m/

s là vận tốc nhanh nhất mà các rôbôt tự động trong cuộc thi rôbôcon 2005 cóthể di chuyển

I.2 Mạch phân tích thông tin

I.2.a: Sơ đồ mạch điện

Do tín hiệu trả về từ các sensor ở dạng điện áp nên để nhận biết đợc sựkhác nhau của điện áp trả về từ sensor ta phải có 1 khâu so sánh điện áp

Để thực hiện khâu so sánh điện áp ta có thể có hai cách:

 Thứ nhất là sử dụng IC so sánh HA17741, LF356, …

 Thứ hai sử dụng ADC để chuyển đổi điện áp ra số sau đó so sánh bằng

vi xử lý

- Với cách thứ nhất thì gặp 1 trở ngại rất lớn là giá trị điện áp dùng để so sánh phải đặt cố định và việc tính toán mức điện áp này rất phức tạp Khi gặp môi trờng làm việc khác thì việc thay đổi mức so sánh là khó khăn và thiếu chính xác

- Còn với cách thứ hai việc so sánh bằng phần mềm khiến cho bài toán so sánh trở nên đơn giản và có độ chính xác cao hơn nhiều Với giá trị so sánh

có thể đợc cập nhật thờng xuyên việc thay đổi môi trờng làm việc không còn

là trở ngại quá lớn Trong đề tài này ta sẽ bàn tới cách thứ 2 này

- Vì số lợng sensor là lớn nên ta khó có thể chọn 1 loại ADC nào có đủ kênh đầu vào, thế nên trong mạch ta sẽ sử dụng thêm 2 bộ phân kênh

MC14051 Mỗi bộ phân kênh này cho ta thêm 8 kênh đầu vào

- Ngoài ra do ánh sáng các sensor thu về chủ yếu là ánh sáng của các LED phát phản xạ về Nên để ổn định cờng độ ánh sáng của sensor thu thì la phải ổn định cờng độ ánh sáng phát của các đèn LED , cũng chính là ổn địnhcờng độ dòng điện qua LED phát trong suốt quá trình robôt làm việc Để ổn

định cờng độ dòng cấp cho các LED phát ta sử dụng mạch ổn định dòng dùng Transistor 468

Sơ đồ nghuyên lý của bo mạch :

A B C

D

6 5

4 3

2 1

B Date: 21-Apr-2006 Sheet of File: E:\DATA\Do an tot nghiep\thiet ke mach\machmat ddb Drawn By:

1 4 7

M13

M19

CAP

1 4 7 10

AS1

1 4 7

M15

CON8

TD0 TD3 TD6

TD0 TD3 TD6

VCC5V

P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST 9 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/WR 16 P3.7/RD 17 XTAL1 19 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 P2.7/A15PSEN 28 29 ALE EA 3031P0.7/AD7 32 P0.6/AD6 33P0.5/AD5 34 P0.4/AD4 35P0.3/AD3 36 P0.2/AD2 37 P0.1/AD1 38 P0.0/AD0 39

XTAL2 18 GND 20

VCC 40

M10

8051

TD0 TD3 TD6

D0 D3 D6 INTR1

D0 D3 D6 VCC5V

INTR1

A AS2 VCC5V GND

E0 E3 E6

E8 E10 E13

E0 E3 E6

E8 E10

E13 VCC12V

VCC12V VCC5V INTR0

M21 RES1

M28 RES1

M1

M22 CAP

M27

M26 CAP

ANLIN VREF/2

GND VREF/2

M24

TD0 TD3 TD6

GND INTR0 LED

M6 M7 M5 CAP M8

M16 CON6

CSUP1

CSUP3

1 4 7

M25

CS 1 RD 2 WR 3 CLKIN 4 INTR 5 +IN 6

- IN 7 AGND 8 VREF/2 9 GND 10

D7 11 D6 12 D5 13 D4 14 D3 15D2 16 D1 17D0 18 CLKR 19

VCC/VREF 20

M23

ADCO804

X4 1 X6 2

X 3

X7 4 X5 5 EN 6 VEE 7 GND 8

C

9 B

10 A 11 X3 12 X0 13 X1 14 X2 15 VDD 16

M11

X4 1 X6 2

X 3

X7 4 X5 5EN 6 VEE 7 GND 8

C

9 B

10 A11 X3 12X0 13 X1 14X2 15 VDD 16

M41 RES1

M42 NPN

M29 RES1

CSUP1 CSUP2 CSUP3

M4 DIODE

M40 RES1

VCC5V

CE0 1 CE1 2 CE2 3 SDA SCL 56

WC 7 VCC 8 GND 4

M30 ST24E64B6(8)

VCC5V P34 P34

P37

I.2.b: Mạch chuyển đổi tơng tự số

(Analog Digital Converter ADC)I.2.b.1:Tìm hiều chung về Mạch chuyển đổi tơng tự sang số

Nguyên tắc làm việc của ADC

Trớc hết tín hiệu tơng tự đợc đa đến một mạch lấy mẫu, mạch này có hainhiệm vụ :

- lấy mẫu tín hiệu tơng tự tại những thời điểm khác nhau và cách đềunhau( rời rạc hoá tín hiệu về mặt thời gian)

- giữ cho biên độ điện áp tại các thời điểm lấy mẫu không đổi trongquá trình chuyển đổi tiếp theo (nghĩa là trong quá trình lợng tử hoá vàmã hoá)

Mạch lấy mẫu

Tín hiệu ra mạch lấy mẫu đợc đa đến mạch lợng tử hoá để thực hiện làmtròn với độ chính xác Q/2 Mạch lợng tử hoá làm nhiệm vụ rời rạc hoá tínhiệu tơng tự về mặt biên độ Nh vậy nhờ quá trình lợng tử hoá một tín hiệu t-

ơng tự bất kỳ đợc biểu diễn bởi một số nguyên lần mức lợng tử, nghĩa là:

Q

X Q

X Q

X

Z Ai Ai Ai Di







int

trong đó : XAi tín hiệu tơng tự ở thời điểm i;

ZDi tín hiệu số ở thời điểm i;

hoá thực chất là quá trình làm tròn số Lợng tử hoá đợc thực hiện theonguyên tắc so sánh Tín hiệu cần chuyển đổi đợc so sánh với một loạt các

đơn vị chuẩn Q

Sau mạch lợng tử hoá là mạch mã hoá Trong mạch mã hoá, kết quả lợng

tử hoá đợc sắp xếp lại theo một quy luật nhất định phụ thuộc vào lại mã yêucầu trên đầu ra bộ chuyển đổi

Trong nhiều loại ADC, quá trình lợng tử hoá và mã hoá xẩy ra đồng thời,lúc đó không thể tách rời hai quá trình đó

Phép lợng tử hoá và phép mã hóa đợc gọi chung là phép biến đổi AD

Các ph ơng pháp chuyển đổi t ơng tự số

Có nhiều cách phân loại ADC Cách phân loại hay dùng hơn cả là phânloại theo quá trình chuyển đổi về mặt thời gian Nó cho phép phán đoán mộtcách tổng quát tốc độ chuyển đổi Theo cách phân loại này, ngời ta phân biệt

4 phơng pháp biến đổi AD sau đây:

- Biến đổi song song: trong phơng pháp biến đổi song song, tín hiệu đợc

so sánh cùng lúc với nhiều giá trị chuẩn Do đó tất cả các bit đợc xác định

đồng thời và đa đến đầu ra

- Biến đổi nối tiếp theo mã đếm: ở đây quá trình so sánh đợc thực hiện lầnlợt từng bớc theo quy luật của mã đếm Kết quả chuyển đổi đợc xác địnhbằng cách đếm số lợng giá trị chuẩn có thể chứa đợc trong giá trị tín hiệu t-

ơng tự cần chuyển đổi

- Biến đổi nối tiếp theo mã nhị phân: quá trình so sánh đợc thực hiện lầnlợt từng bớc theo quy luật mã nhị phân, do đó các bit đợc xác định lần lợt từbit có nghĩa lớn nhất(MSB) đến bit có nghĩa nhỏ nhất(LSB)

- Biến đổi song song – nối tiếp kết hợp: trong phơng pháp này, qua mỗibớc so sánh có thể xác định đợc tối thiểu là 2 bit đồng thời

hiệu chung về chuyển đổi tín hiệu tơng tụ sang số

I.2.b.2 Mô tả – Sơ đồ chân của ADC0804

Chíp ADC 0804 là bộ chuyển đổi tơng tự số trong họ các loạt ADC 800 từ hãng National Semiconductor Nó cũng đợc nhiều hãng khác sản xuất, nó làm việc với +5v và có độ phân giải là 8 bít Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một yếu tố quan trọng khác khi đánh giá một bộ ADC Thời gian chuyển đổi đợc định nghĩa nh là thời gian mà bộ ADC cần để

chuyển một đầu vào tơng tự thành một số nhị phân Trong ADC 0804 thời gian chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ đợc cấp tới chân CLK

và CLK IN nhng không thể nhanh hơn 110s

Các chân của ADC 0804 đợc mô tả nh sau:

1 Chân CS- chọn chíp:

Là một đầu vào tích cực mức thấp đợc sử dụng để kích hoạt chíp ADC

0804 Để truy cập ADC 0804 thì chân này phải ở mức thấp

2 Chân RD(đọc):

Đây là một tín hiệu đầu vào đợc tích cực mức thấp Các bộ ADCchuyển đổi đầu vào tơng tự thành số nhị phân tơng đơng với nó và giữ nótrong một thanh ghi trong RDđợc sử dụng để nhận dữ liệu đợc chuyển đổi ở

đầu ra của ADC 0804 Khi CS = 0 nếu một xung cao - xuống - thấp đợc áp

đến chân RDthì đầu ra số 8 bít đợc hiển diện ở các chân dữ liệu D0 - D7.Chân RD cũng đợc coi nh cho phép đầu ra

3 Chân ghi WR(thực ra tên chính xác là “START”)

Đây là chân đầu vào tích cực mức thấp đợc dùng để báo cho ADC

0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi Nếu CS = 0 khi WRtạo ra xung cao xuống - thấp thì bộ ADC 0804 bắt đầu chuyển đổi giá trị đầu vào t ơng tự Vin

-về số nhị phân 8 bít Lợng thời gian cần thiết để chuyển đổi thay đổi phụthuộc vào tần số đa đến chân CLK IN và CLK R Khi việc chuyển đổi dữ liệu

đợc hoàn tất thì chân INTR đợc ép xuống thấp bởi ADC 0804

4 Chân CLK IN và CLK R.

Chân CLK IN là một chân đầu vào đợc nối tới một nguồn đồng hồ ngoài khi đồng hồ ngoài đợc sử dụng để tạo ra thời gian Tuy nhiên 0804 cũng có một máy tạo xung đồng hồ Để sử dụng máy tạo xung đồng hồ trong(cũng còn đợc gọi là máy tạo đồng hồ riêng) của 0804 thì các chân CLK IN

và CLK R đợc nối tới một tụ điện và một điện trở nh chỉ ra trên hình 12.5 Trong trờng hợp này tần số đồng hồ đợc xác định bằng biểu thức:

RC 1 , 1

1

f 

giá trị tiêu biểu của các đại lợng trên là R = 10k và C= 150pF và tần

số nhận đợc là f = 606kHz và thời gian chuyển đổi sẽ mất là 110s

Hình 12.5: Kiểm tra ADC 0804 ở chế độ chạy tự do.

5 Chân ngắt INTR(ngắt hay gọi chính xác hơn là “kết thúc chuyển đổi’).

Đây là chân đầu ra tích cực mức thấp Bình thờng nó ở trạng thái cao

và khi việc chuyển đổi hoàn tất thì nó xuống thấp để báo cho CPU biết là dữ liệu đợc chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi Sau khi INTR xuống thấp, ta đặt CS

= 0 và gửi một xung cao 0 xuống - thấp tới chân RDlấy dữ liệu ra của 0804

6 Chân Vin (+) và Vin (-).

Đây là các đầu vào tơng tự vi sai mà Vin = Vin (+) - Vin (-) Thông ờng Vin (-) đợc nối xuống đất và Vin (+) đợc dùng nh đầu vào tơng tự đợc chuyển đổi về dạng số

đầu vào tơng tự áp đến Vin cần phải khác ngoài dải 0 đến 5v Chân Vref/2 ợcdùng để thực thi các điện áp đầu vào khác ngoài dải 0 - 5v Ví dụ, nếu dải

đ-đầu vào tơng tự cần phải là 0 đến 4v thì Vref/2 đợc nối với +2v

+51

11

41210

919

131415161718

35

to

Nomally

Open START

DDDDDDDDWINT

D RCSCLKCLK

A Vref/

Vin(

Vin( Vc2010k

Bảng 12.5 Biểu diễn dải điện áp Vin đối với các đầu vào Vref/2 khác nhau.

- * Khi Vref/2 hở thì đo đợc ở đó khoảng 2,5V

- Kích thớc bớc (độ phân dải) là sự thay đổi nhỏ nhất mà ADC có thể phân biệt đợc

9 Các chân dữ liệu D0 - D7.

Các chân dữ liệu D0 - D7 (D7 là bít cao nhất MSB và D0 là bít thấp nhất LSB) là các chân đầu ra dữ liệu số Đây là những chân đợc đệm ba trạngthái và dữ liệu đợc chuyển đổi chỉ đợc truy cập khi chân CS = 0 và chân RD

bị đa xuống thấp Để tính điện áp đầu ra ta có thể sử dụng công thức sau:

buoc thuoc kich

V

out 

Với Dout là đầu ra dữ liệu số (dạng thập phân) Vin là điện áp đầu vào

t-ơng tự và độ phân dải là sự thay đổi nhỏ nhất đợc tính nh là (2  Vref/2) chia cho 256 đối với ADC 8 bít

10: Chân đất t ơng tự và chân đất số.

Đây là những chân đầu vào cấp đất chung cho cả tín hiệu số và tơng

tự Đất tơng tự đợc nối tới đất của chân Vin tơng tự, còn đất số đợc nối tới đất của chân Vcc Lý do mà ta phải có hai đất là để cách ly tín hiệu tơng tự Vin từcác điện áp ký sinh tạo ra việc chuyển mạch số đợc chính xác Trong phần trình bày của chúng ta thì các chân này đợc nối chung với một đất Tuy nhiên, trong thực tế thu đo dữ liệu các chân đất này đợc nối tách biệt

I.2.b.3: Hoạt động của ADC 0804

Từ những điều trên ta xuy ra các bớc cần phải thực hiện khi chuyển đổi dữ liệu bởi ADC 0804 là:

a) Bật CS = 0 và gửi một xung thấp lên cao tới chân WRđể bắt đầu chuyển

đổi

b) Duy trì hiển thị chân INTR Nếu INTRxuống thấp thì việc chuyển đổi

đ-ợc hoàn tất và ta có thể sang bớc kế tiếp Nếu INTRcao tiếp tục thăm dòcho đến khi nó xuống thấp

c) Sau khi chân INTRxuống thấp, ta bật CS = 0 và gửi một xung cao xuống - thấp đến chân RDđể lấy dữ liệu ra khỏi chíp ADC 0804

Phân chia thời gian cho quá trình này đợc trình bày trên hình 12.6

Hình 12.6: Phân chia thời gian đọc và ghi của ADC 0804

I.2.d : Bộ Vi xử lý

I.2.d.1 Giới thiệu chung về bộ vi điều khiển

Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-controller, là mạch tích hợp trên mộtchip có thể lập trình đợc, dùng để điều khiển hoạt động của một hệ thống.Theo các tậo lệnh của ngời lập trình, bộ vi điều khiển tiến hành đọc , lu giữthông tin, xử lý thông tin, đo thời gian và tiến hành đóng mở một cơ cấu nào

CS

Read it

End conversion

Start conversion

WR

INTR

RD

I.2.d.2 Vi điều khiển 89C51

Mô tả chung

AT89c51 là một hệ vi tính đơn chíp CMOS có hiệu suất cao, công suấtnguồn tiêu thụ thấp và có 4 Kbyte bộ nhớ ROM Flash xoá đợc/ lập trình đợc.chíp này đợc sản xuất dựa vào công nghệ bộ nhớ không mất nội dung có độtích hợp cao của Atmel

Chip AT89C51 cũng tơng thích với tập lệnh và các chân ra của chuẩncông nghiệp MCS-51 Flash trên chip này cho phép bộ nhớ chơng trình đợclập trình lại trên hệ thống hoặc bằng bộ lập trình bộ nhớ không mất nội dungqui ớc Bằng cách kết hợp một CPU linh hoạt 8 bit với Flash trên một chip

đơn thể, Atmel 89C51 là một hệ vi tính 8 bit đơn chip mạnh cho ta một giảipháp có hiệu quả về chi phí và rất linh họat đối với các ứng dụng điều khiển.AT89C51 có các đặc trng chuẩn sau:

 4Kbyte Flash

 128 byte RAM

 4 port I/O 8 bit

 Hai bộ định thời/đếm 16 bit

 Một cấu trúc ngắt hai mức u tiên và 5 nguyên nhân ngắt

 Một port nối tiếp song công

 Mạch dao động và tạo xung clock trên chip

Ngoài ra, AT89C51 đợc thiết kế với logic tĩnh cho hoạt động có tần sốgiảm xuống 0 và hỗ trợ hai chế độ tiết kiệm năng lợng đợc lựa chọn bằngphần mềm

Chế độ nghỉ dừng CPU trong khi vẫn cho phép RAM, các bộ địnhthời/đếm, port nối tiếp và hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động

Chế độ nguồn giảm duy trì nội dung của RAM nhng không cho mạch dao

động cung cấp xung clock nhằm vô hiệu hoá các hoạt động khác của chipcho đến khi có reset cứng tiếp theo

Phần chính của vi điều khiển 89c51 là bộ xử lý trung tâm(CPU- centralProcessing Unit) bao gồm:

 Thanh ghi tích luỹ A

 Thanh ghi tích luỹ phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia

 đơn vị logic học (ALU: Arithmec Logical Unit)

 Từ trạng thái chơng trình (PSW: Program Status Word)

 Bốn băng thanh ghi.

 Con trỏ ngăn xếp

Ngoài ra còn có bộ nhớ chơng trình, bộ giải mã lệch, bộ điều khiển thờigian và logic

Đơn vị xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung

từ bộ dao động, ngoài ra còn có khả năng đa

một tín hiệu giữ nhịp ra bên ngoài

Chơng trình đang chạy có thể cho dừng lại

nhờ một khối điều khiển ngắt ở bên trong Các

nguồn ngắt có thể là: các biến cố ở bên ngoài,

sự tràn bộ đếm định thời hoặc cũng có thể là

giao diện nối tiếp

Hai bộ định thời 16 bit hoạt động nh một

bộ đếm

Các cổng (Port0, Port 1, Port2, Port3) sử

dụng vào mục đích điều khiển

ở Port3 có thêm các đờng dẫn điều khiển

dùng để trao đổi với bộ nhớ bên ngoài hoặc để

nối giao diện nối tiếp, cũng nh các đờng ngắt

dẫn bên ngoài

Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền

và bộ nhận không đồng bộ, làm việc độc lập

với nhau Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp có thể đặt trong giải rộng và đợc

- Port 0 còn đợc cấu hình làm bus địa chỉ (byte thấp) và bus dữ liệu đahợp trong khi truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài và bộ nhớ chơng trình ngoài.trong chế độ đa hợp này, port 0 có các điện trở kéo lên bên trong

- Port 0 cũng nhận các byte mã trong khi lập trình cho Flash và xuất cácbyte mã trong khi kiểm tra chơng trình Các điện trở kéo lên bên ngoài cần

đến trong khi kiểm tra chơng trình

Port1:

- Port 1 là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong.Các bộ đệm xuất của port 1 có thể hút và cấp dòng với 4 ngõ vào TTL Khicác logic 1 đợc ghi lên các chân của port 1, các chân này đợc kéo lên mứccao bởi các điện trở kéo lên bên trong và có thể đợc sử dụng nh là các ngõvào Khi làm nhiệm vụ port nhập, các chân của port 1 đang đợc kéo xuốngmức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bêntrong

Port 2:

- Port 2 là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong.Các bộ đệm xuất của port 2 có thể hút và cấp dòng với 4 ngõ vào TTL Khicác logic 1 đợc ghi lên các chân của port 2, các chân này đợc kéo lên mứccao bởi các điện trở kéo lên bên trong và có thể đợc sử dụng nh là các ngõvào Khi làm nhiệm vụ port nhập, các chân của port 2 đang đợc kéo xuốngmức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có các điện trở kéo lên bêntrong.

- Port 2 tạo ra byte cao của bus địa chỉ trong thời gian tìm nạp lệnh từ bộnhớ chơng trình ngoài và trong thời gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài sửdụng các địa chỉ 16 bit Trong ứng dụng này, port 2 sử dụng các điện trở kéolên bên trong khi phát các bit 1 Trong thời gian truy xuất bộ nhớ dữ liệungoài sử dụng các bit địa chỉ 8 bit, port phát các nội dung của thanh ghi chứcnăng đặc biệt P2

P3.0 RxD Chân nhận dữ liệu của port nối tiếpP3.1 TxD Chân phát dữ liệu của port nối tiếp

P3.2 INTO Ngõ vào ngắt ngoài 0

P3.3 INT1 Ngõ vào ngắt ngoài 1

P3.4 T0 Ngõ vào của bộ định thời/đếm 0

P3.5 T1 Ngõ vào của bộ định thời/đếm 1

P3.6 WR Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu

ngoàiP3.7 RD Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu

- Xung của ngõ ra cho phép chốt địa chỉ ALE( address latch enable) chophép chốt byte thấp của địa chỉ trong thời gian truy xuất bộ nhớ ngoài chânnày cũng đợc dùng làm ngõ vào xung lập trình(PROG) trong thời gian lậptrình cho Flash.

- Khi hoạt động bình thờng, xung của ngõ ra ALE luôn luôn có tần sốbằng 1/6 tần số của mạch dao động trên chip, có thể đợc sử dụng cho cácmục đích định thời từ bên ngoài và tạo xung clock Tuy nhiên cần lu ý là mộtxung ALE sẽ bị bỏ qua trong mỗi một chu kỳ truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài

- Khi cần, hoạt động cho phép chốt byte thấp của địa chỉ sẽ đợc vô hiệuhoá băng cách set bit 0 của thanh ghi chức năng đặc biệt có địa chỉ byte la8EH Khi bit này đợc set, ALE chỉ tích cực trong thời gian thực thi lệnhMOVX hoặc MOVC Ngợc lại chân này sẽ đợc kéo lên mức cao Việc set bitkhông cho phép hoat động chốt byte thấp của địa chỉ sẽ không có tác dụngnếu bộ vi điều khiển đang ở chế độ thực thi chơng trình ngoài

PSEN :

- Chân cho phép bộ nhớ chơng trình PSEN(program store enable) điềukhiển truy xuất bộ nhớ chơng trình ngoài khi AT89C51 đang thực thi chơngtrình trong bộ nhớ chơng trình ngoài, PSEN tích cực 2 lần cho mỗi chu kỳmáy, ngoại trừ trờng hợp 2 tác động của PSEN bị bỏ qua cho mỗi lần truyxuất bộ nhớ dữ liệu ngoài

Vpp

EA /

- Chân cho phép truy xuất bộ nhớ ngoài EA(external acces enable) phải

đ-ợc nối với GND để cho phép chip vi điều khiển tìm nạp lệnh từ các vị trí nhớcủa bộ nhớ chơng trình ngoài, bắt đầu từ địa chỉ 0000H cho đến FFFFH Tuynhiên cần lu ý là nếu bit khoá 1 (clock bit 1) đợc lập trình, Ea sẽ chốt bêntrong khi reset

- EA đợc nối với Vcc để thực thi chơng trình bên trong chip

Các máy tính truyền dữ liệu theo hai cách: Song song và nối tiếp Trongtruyền dữ liệu song song thờng cần 8 hoặc nhiều đờng dây dẫn để truyền dữliệu đến một thiết bị chỉ cách xa vài bớc Ví dụ của truyền dữ liệu song song

là các máy in và các ổ cứng, mỗi thiết bị sử dụng một đờng cáp với nhiềudây dẫn Mặc dù trong các trờng hợp nh vậy thì nhiều dữ liệu đợc truyền đitrong một khoảng thời gian ngắn bằng cách dùng nhiều dây dẫn song songnhng khoảng cách thì không thể lớn đợc Để truyền dữ liệu đi xa thì phải sửdụng phơng pháp truyền nối tiếp Trong truyền thông nối tiếp dữ liệu đợc gửi

đi từng bít một so với truyền song song thì một hoặc nhiều byte đợc truyền đicùng một lúc μC89C51 đã đợc cài sẵn khả năng truyền thông nối tiếp, do

vậy có thể truyền nhánh dữ liệu với chỉ một số ít dây dẫn 13.a: Các cơ

sở của truyền thông nối tiếp.

Khi một bộ vi xử lý truyền thông với thế giới bên ngoài thì nó cấp dữ liệudới dạng từng khúc 8 bít (byte) một Trong một số trờng hợp chẳng hạn nhcác máy in thì thông tin đơn giản đợc lấy từ đờng bus dữ liệu 8 bít và đợc gửi

đi tới bus dữ liệu 8 bít của máy in Điều này có thể làm việc chỉ khi đờng cápbus không quá dài vì các đờng cáp dài làm suy giảm thậm chí làm méo tínhiệu Ngoài ra, đờng dữ liệu 8 bít giá thờng đắt Vì những lý do này, việctruyền thông nối tiếp đợc dùng để truyền dữ liệu giữa hai hệ thống ở cách xanhau hàng trăm đến hàng triệu dặm Hình 5.1 là sơ đồ truyền nối tiếp so vớisơ đồ truyền song song

Serial Transfer Parallen Transfer

Sender Receiver Sender Receiver

D7

D0

Hình 1.3.a1 Sơ đồ truyền dữ liệu nối tiếp so với sơ đồ truyền song song.

Thực tế là trong truyền thông nối tiếp là một đờng dữ liệu duy nhất đợcdùng thay cho một đờng dữ liệu 8 bít của truyền thông song song làm cho nókhông chỉ rẻ hơn rất nhiều mà nó còn mở ra khả năng để hai máy tính ở cách

xa nhau có truyền thông qua đờng thoại

Đối với truyền thông nối tiếp thì để làm đợc các byte dữ liệu phải đợcchuyển đổi thành các bít nối tiếp sử dụng thanh ghi giao dịch vào - songsong - ra - nối tiếp Sau đó nó có thể đợc truyền quan một đờng dữ liệu đơn

Điều này cũng có nghĩa là ở đầu thu cũng phải có một thanh ghi vào - nốitiếp - ra - song song để nhận dữ liệu nối tiếp và sau đó gói chúng thành từngbyte một Tất nhiên, nếu dữ liệu đợc truyền qua đờng thoại thì nó phải đợcchuyển đổi từ các số 0 và 1 sang âm thanh ở dạng sóng hình sin Việcchuyển đổi này thực thi bởi một thiết bị có tên gọi là Modem là chữ viết tắtcủa “Modulator/ demodulator” (điều chế/ giải điều chế)

Khi cự ly truyền ngắn thì tín hiệu số có thể đợc truyền nh nói ở trên, mộtdây dẫn đơn giản và không cần điều chế Đây là cách các bàn PC và IBMtruyền dữ liệu đến bo mạch mẹ Tuy nhiên, để truyền dữ liệu đi xa dùng các

đờng truyền chẳng hạn nh đờng thoại thì việc truyền thông dữ liệu nối tiếpyêu cầu một modem để điều chế (chuyển các số 0 và 1 về tín hiệu âm thanh)

và sau đó giải điều chế (chuyển tín hiệu âm thanh về các số 0 và 1)

Truyền thông dữ liệu nối tiếp sử dụng hai phơng pháp đồng bộ và dị bộ.Phơng pháp đồng bộ truyền một khối dữ liệu (các ký tự) tại cùng thời điểmtrong khi đó truyền dị bộ chỉ truyền từng byte một Có thể viết phần mềm để

sử dụng một trong hai phơng pháp này, những chơng trình có thể rất dài vàbuồn tẻ Vì lý do này mà nhiều nhà sản xuất đã cho ra thị trờng nhiều loại ICchuyên dụng phục vụ cho truyền thông dữ liệu nối tiếp Những IC này phục

vụ nh các bộ thu - phát dị bộ tổng hợp VART (Universal AsynchronousReceiver Transmitter) và các bộ thu - phát đồng - dị bộ tổng hợp UBART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter) Bộ phát Bộ thu

Hình 1.3.a2: Truyền dữ liệu đơn công, bán công và song công.

1.3.b: Các chuẩn RS232

Để cho phép tơng thích giữa các thiết bị truyền thông dữ liệu đợc sản xuấtbởi các hãng khác nhau thì một chuẩn giao diện đợc gọi là RS232 đã đợcthiết lập bởi hiệp hội công nghiệp điện tử EIA vào năm 1960 Năm 1963 nó

đợc sửa chỉnh và đợc gọi là RS232A và vào các năm 1965 và 1969 thì đợc

đổi thành RS232B và RS232C ở đây chúng ta đơn giản chỉ nói đến RS232.Ngày nay RS232 là chuẩn giao diện I/O vào - ra nối tiếp đợc sử dụng rộngrãi nhất Chuẩn này đợc sử dụng trong máy tính PC và hàng loạt các thiết bịkhác nhau Tuy nhiên, vì nó đợc thiết lập trớc họ lô-gíc TTL rất lâu do vậy

điện áp đầu vào và đầu ra của nó không tơng thích với mức TTL TrongRS232 thì mức 1 đợc biểu diển bởi - 3v đến - 25v trong khi đó mức 0 thì ứngvới điện áp + 3v đến +25v làm cho điện áp - 3v đến + 3v là không xác định.Vì lý do này để kết nối một RS232 bất kỳ đến một hệ vi điều khiển thì taphải sử dụng các bộ biến đổi điện áp nh MAX232 để chuyển đổi các mức lô-gíc TTL về mức điện áp RS232 và ngợc lại Các chíp IC MAX232 nhìnchung đợc coi nh cá bộ điều khiển đờng truyền

Bảng 5.1 cung cấp sơ đồ chân của cáp RS232 và các tên gọi của chúng thờng đợc gọi là

đầu nối DB - 25 Trong lý hiệu thì đầu nối cắm vào (đầu đực) gọi là DB - 25p và

đầu nối cái đợc gọi là DB - 25s.

Đất của tín hiệu GND (Signal Cround)

Cha dùngYêu cầu để nhận thứ cấp (Secondary Request toSend)

Đầu dữ liệu sẵn sàng (Data Terminal Ready)Phát hiện chất lợng tín hiệu (Signal Qualyty Detector)Báo chuông (Ring Indicator)

Chọn tốc độ tín hiệu dữ liệu (Data Signal Rate Select)Truyền phân chia thời gian tín hiệu (Transmit SignalElement Timing)

Cha dùng

13 1

Hình 1.3.b1: Đầu nối DB - 25 của RS232.

Bảng 5.2: Các tín hiệu của các chân đầu nối DB - 9 trên máy tính IBM PC

Received data (RxD)Transmitted data (TxD)Data terminal ready(DTR)

Signal ground (GND)Data set ready (DSR)Request to send (RTS)Clear to send (CTS)Ring indicator (RL)

Tránh tín hiệu mạng dữ liệuDữ liệu đợc nhận

Dữ liệu đợc gửi

Đầu dữ liệu sẵn sàng

Đất của tín hiệuDữ liệu sẵn sàngYêu cầu gửiXoá để gửiBáo chuông

Vì không phải tất cả mọi chân đều đợc sử dụng trong cáp của máy tính

PC, nên IBM đa ra phiên bản của chuẩn vào/ra nối tiếp chỉ sử dụng có 9 chângọi là DB - 9 nh trình bày ở bảng 5.2 và hình 5.5

Hình 1.3.b2: Sơ đồ đầu nối DB - 9 của RS232

1.3.c: Các cổng COM của IBM PC và t ơng thích.

5 1

Các máy tính IBM PC và tơng thích dựa trên các bộ vi xử lý  86(8086, 286, 384, 486 và Pentium) thờng có hai cổng COM Cả hai cổngCOM đều có các đầu nối kiểu RS232 Nhiều máy tính PC sử dụng mỗi đầunối một kiểu ổ cắm DB - 25 và DB - 9 Trong những năm gần đây, cổngCOM1 đợc dùng cho chuột và COM2 đợc dùng cho các thiết bị chẳng hạn

nh Modem Chúng ta có thể nối cổng nối tiếp của 89C51 đến cổng COM2của một máy tính PC cho các thí nghiệm về truyền thông nối tiếp

1.3.d: Nối ghép 89C52 tới RS232.

89C52 có hai chân đợc dùng chuyên cho truyền và nhận dữ liệu nốitiếp Hai chân này đợc gọi là TxD và RxD và là một phần của cổng P3 (đó làP3.0 và P3.1) Chân 11 của 89C52 là P3.1 đợc gán cho TxD và chân 10(P3.0) đợc dùng cho RxD Các chân này tơng thích với mức lô-gích TTL

Để chuyển đổi các tín hiệu RS232 về các mức điện áp TTL sẽ đợcchấp nhận bởi các chân TxD và RxD của 89C52, ta sử dụng bộ chuyển đổi

là chíp MAX232 từ hàng Maxim Bộ MAX232 chuyển đổi từ các mức điện

áp RS232 sẽ về mức điện áp TTL và ngợc lại Một điểm mạnh của chípMAX232 là nó dùng điện áp nguồn +5v cùng với điện áp nguồn của 89C52.Hay nói cách khác với nguồn điện áp nuối +5 chúng ta mà có thể nuôi89C52 và MAX232 mà không phải dùng hai nguồn nuôi khác nhau nh phổbiến trong các hệ thống trớc đây

Bộ điều khiển MAX232 có hai bộ điều khiển thờng để nhận và truyềndữ liệu nh trình bày trên hình 5.7 Các bộ điều khiển đờng đợc dùng cho TxD

đợc gọi là T1 và T2 Trong nhiều ứng dụng thì chỉ có một cặp đợc dùng Ví

dụ T1 và R1 đợc dùng với nhau đối với TxD và RxD của 89C52, còn cặp R2

và T2 thì cha dùng đến Để ý rằng trong MAX232 bộ điều khiển T1 có gánT1in và T1out trên các chân số 11 và 1 tơng ứng Chân T1in là ở phía TTL và đ-

ợc nối tới chân RxD của bộ vi điều khiển, còn T1out là ở phía RS232 đợc nốitới chân RxD của đầu nối DB của RS232 Bộ điều khiển đờng R1 cũng cógán R1in và R1out trên các chân số 13 và 12 tơng ứng Chân R1in (chân số 13)

là ở phía RS232 đợc nối tới chân TxD của đầu nối DB của RS232 và chânR1out (chân số 12) là ở phía TTL mà nó đợc nối tới chân RxD của bộ vi điềukhiển, xem hình 5.7 Để ý rằng nối ghép modem không là nối ghép mà chânTxD bên phát đợc nối với RxD của bên thu và ngợc lại

P3.1 TxD

P3.0 RxD

Max232 8051

Vcc

2 6

7 8 9

11 10

5 4 11

2

10

14 13

T1OUTT1IIN

R1IINR1OUT

T2IIN

R2OUT

T2OUTR2IIN

2

2 5 2

Hình 5.6: Sơ đồ bên trong của MAX232

Bộ MAX232 đòi hỏi 4 tụ điện giá trị từ 1 đến 22F giá trị phổ biến nhấtcho các tụ này là 22F

ChuongII Phần Mềm

II.1 Phân tích thông tin từ sensorquang:

Để phân tích thông tin từ dàn sensor truyền về thì ta có

Với phơng pháp này thì việc lập trình là cớng ngắc, thiếu linh hoạt và rất khó thực hiện bởi trạng thái của dãy sensor khi robot di chuyển là rất đa dạng và phong phú nên rất khó để viết chính xác đợc hết các trạng thái của dãy sensor

II.1.b: Xử dụng mạng noron nhân tạo cỡ nhỏ:

Để khắc phục những khó khăn của phơng pháp trên ta sử dụng mạng noron nhân tạo cỡ nhỏ:

Mạng noron là cỏc hệ thống bao gồm rất nhiều kết nối trực tiếp giữa cỏc noron Nú được xõy dựng dựa trờn cấu trỳc sinh học của bộ nóo con người Mạng noron được coi như một phần quan trọng của trớ tuệ nhõn tạo Một cỏch trực quan nhất, ta cú thể coi mạng noron là một hệ thống mà ta khụng phải lập trỡnh, ta chỉ cần dạy một vựng cỏc bài toỏn cho nú và sau đú mạng

cú thể giải quyết cỏc bài toỏn tương tự

Với cách hiểu mạng noron đơn giản nh vậy có thể dễ dàng nhận thấy năng lực rất lớn của mạng noron, và với riêng bài toán này thì coi nh ta chỉ cần đa một hữu hạn trạng thái đầu vào của dãy sensor và một hữu hạn các trạng thái chuẩn của rôbôt, sau đó mạng noron sẽ phải tự tính ra các trạng thái chuẩn khác dựa vào các đầu vào mới và những quy luật mà nó thu thập

out=g(Net+b)

1 )

B: Biểu diễn:

Trong mạng noron thụng tin được biểu diễn trong cỏc trọng số vàtrạng thỏi của mạng, (trạng thỏi của cỏc noron ) Cỏch biểu diễn cú thể làđịa phương hoặc toàn cục Với biểu diễn địa phương, mỗi noron cú mộtnhiệm vụ rừ ràng Nhiệm vụ của cỏc noron khỏc nhau khụng chồng nờn nhauquỏ nhiều Cỏc ụ kết quả thường được gọi là cỏc ụ mẹ Trong biểu diễn toàncục, ta dựng nhiều noron để biểu diễn một khỏi niệm, và mỗi noron đượcdựng để biểu diễn một phần của nhiều khỏi niệm

Một mạng cú biểu diễn thụng tin là địa phương nếu mất mất mộtnoron khỏi niệm được biểu diễn trong noron đú cũng sẽ bị mất đi Cũn trongbiểu diễn toàn cục, nếu mất một noron thỡ chỉ bị mất một phần nhỏ của mộtkhỏi niệm Một cỏch để giải quyết vấn đề này là ta dựng cỏc vựng hay nhúmnoron khụng gối lờn nhau cho biểu diễn địa phương thay vỡ dựng cỏc noronriờng lẻ Mỗi vựng noron sẽ là một biểu diễn địa phương cho một khỏi niệm.Biểu diễn toàn cục sẽ dựng ớt noron hơn biểu diễn địa phương

Một đặc điểm nổi bật của mạng nơron là khả năng học từ môi trờngbên ngoài và cải thiện hiệu năng của mạng thông qua tiến trình học Mộtmạng nơron có thể học thông qua một quá trình tơng tác điều chỉnh áp dụngcho các trọng số liên kết và các trọng số ngoài Một mạng nơron có thể tíchluỹ đợc nhiều tri thức hơn thông qua các tiến trình học

Có rất nhiều hoạt động kết hợp trong tiến trình học của mạng nơron.Tất nhiên là không giống với quá trình học của một học sinh ở trờng Có thể

định nghĩa tiến trình học của một mạng nơron nh sau:

Học của mạng nơron là 1 tiến trình trong đó các đối số tự do của mạngdần đợc thích nghi với các kích thích của môi trờng Một tiến trình đợc xác

định bởi sự thay đổi của các đối số

Trong một tiến trình học thì xảy ra các sự kiện

- Mạng nơron đợc kích thích bởi môi trờng bên ngoài

- Kết quả của các kích thích đó tạo nên sự thay đổi của các đối số tự

C: Luật học

Ta coi học luật là một cỏch để sửa đổi cỏc trọng số và cỏc độ dốc củamột noron( thủ tục này cú thể coi là một giải thuật học) Mục đớch của luậthọc là để huấn luyện mạng để thực hiện một số cụng việc Cú rất nhiều loạiluật học Chỳng được chia thành 3 lớp chớnh:

1 học cú quan sỏt, hay cũn gọi là học cú thầy-supervised learning

2 học khụng cú giỏm sỏt, hay cũn gọi là học khụng cú unsupervised learning

thầy-3 học tăng cường-reinforcement learning

Học cú quan sỏt:

Trong học có quan sát, luật học được đưa ra dưới dạng một tập cácmẫu học:

Ứng dụng: học có thầy được dùng trong các trường hợp dữ liệu là đầy

đủ Mạng sẽ biết nên đưa ra câu trả lời nào cho mỗi mẫu tín hiệu vào, nghĩa

là đáp án của bài toán phải được biết trước Nói chung, học có thầy đượcdùng cho các nhiệm vụ học mà con người có thể thực hiện

Các mạng học tự giám sát có thể được dùng như các kho lưu trữ kếthợp, nó có thể bổ xung từng phần mẫu, loại bỏ nhiễu khỏi dữ liệu, chữa lỗi

Tuy nhiên, học có thầy yêu cầu có đáp án đúng trong suốt quá trìnhhọc Mà với mọi bài toán, không phải lúc nào cũng có đầu ra mong muốn

Học tăng cường:

Học tăng cường tương tự như học có giám sát, điểm khác nhau giữahai loại này là: học tăng cường không cung cấp một đầu ra chuẩn ứng vớimỗi đầu vào, thuật toán này chỉ cung cấp một thông tin định hướng Thôngtin định hướng này là một ước lượng đầu ra cho một số bộ tín hiệu vào Ví

dụ mạng noron chỉ có thể nhận biết được rằng tín hiệu ra hiện thời dườngnhư là quá cao hay chỉ đúng khoảng 50% Tín hiệu phản hồi được gọi là tínhiệu tăng cường, và nó chỉ đóng vai trò nhận xét đánh giá chứ không giữ vaitrò định hướng(nó chỉ đưa ra được đánh giá tốt xấu về đầu ra chứ không chỉ

ra được đầu ra phải bằng bao nhiêu) Tín hiệu tăng cường từ bên ngoài đượcsinh ra từ bộ phát sinh tín hiệu đánh giá và được đưa vào mạng noron đểđiều chỉnh các trọng số với hi vọng nhận được các tín hiệu phản hồi tốt hơn.Loại luật học này không thông dụng như học có quan sát Nhưng nó rất phùhợp với các ứng dụng điều khiển hệ thống

Một mạng noron

Bộ sinh tín hiệu sai

x

tín hiệu

vào

y tín hiệu ra thực tế

d tín hiệu ra mong muốn W

Học có thầy

Tín hiệu sai

Học không có quan sát:

Các trọng số và độ dốc được chỉnh sửa chỉ phụ thuộc vào các tín hiệuvào Không có bất cứ một tín hiệu phản hồi từ môi trường nào để đánh giáđầu ra là đúng hay sai Mạng noron phải tự khám phá lấy các mẫu học, cácđặc tính, các quy tắc, các tương quan, các lớp dữ liệu đầu vào và mã hoáchúng trong các tín hiệu đầu ra Trong quá trình khám phá các đặc tính này,mạng noron sẽ thực hiện các thay đổi đối với các tham số của nó (quá trìnhnày gọi là tự cấu trúc) Thuật toán này không đưa ra một tín hiệu ra chuẩnnào cả Việc học này nhằm để phân loại các mẫu tín hiệu vào thành một số

có giới hạn các lớp Thuật toán học này rất hữu ích cho các ứng dụng nhưlượng tử hoá

Ứng dụng: học không thầy chia tập các mẫu tín hiệu vào thành cácnhóm riêng biệt Mỗi nhóm chứa các mẫu với tính chất tương tự nhau Sau

đó , mạng có thể được dùng để tìm ra tính cân đổi trong các mẫu tín hiệuvào Chúng có thể xác định các đặc điểm nào là thích hợp cho phân loại,giảm kích cỡ và tăng các tương phản Nói chung, phương pháp học này phùhợp với các bài toán có tín hiệu vào được lấy trực tiếp từ môi trường và tínhiệu ra mong muốn không thể được cung cấp trong quá trình học

Một mạng noron

Bộ sinh tín hiệu đánh giá

x

tín hiệu

vào

y tín hiệu ra thực tế

d tín hiệu tăng cường W

Học tăng cường

tín hiệu nhận xét