Đang tải... (xem toàn văn)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÁT HIỆN VẬT CẢN SỬ DỤNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM Ngành ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Chuyên ngành ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔN[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÁT HIỆN VẬT CẢN SỬ DỤNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM Ngành: ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Chuyên ngành: ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Giảng viên hướng dẫn : LÊ TRƯỜNG GIANG Sinh viên thực : BÙI QUỐC PHONG MSSV : 1311010160 Lớp : 13DDT01 TP Hồ Chí Minh LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan: Những nội dung đồ án em thực hướng dẫn thầy Lê Trường Giang nghiên cứu internet, sách báo, tài liệu ngồi nước có liên quan, khơng chép hay sử dụng làm khác Mọi tham khảo dùng đồ án trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên cơng trình, thời gian, địa điểm cơng bố Em xin chịu hồn tồn trách nhiệm lời cam đoan trước thầy nhà trường Tp.HCM, Ngày Tháng Năm 2017 SINH VIÊN THỰC HIỆN Bùi Quốc Phong LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới thầy cô giáo Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM thầy cô giáo Viện Kỹ Thuật Hutech tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Lê Trường Giang giúp đỡ, trực tiếp bảo, hướng dẫn em suốt trình làm báo cáo Trong thời gian làm việc với thầy, cô, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà cịn học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, điều cần thiết cho em q trình học cơng tác sau Sau xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè động viên, đóng góp ý kiến giúp đỡ trình học tập, nghiên cứu hoàn thành đồ án Tp.HCM, Ngày Tháng Năm 2017 SINH VIÊN THỰC HIỆN Bùi Quốc Phong LỜI MỞ ĐẦU Cùng với phát triễn không ngừng ngành khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp phát triển nhanh chóng Việc áp dụng máy móc đại vào sản xuất yêu cầu thiếu nhà máy nhằm tăng suất, tăng chất lượng giảm giá thành sản phẩm Song song với phát triển đó, cơng nghệ chế tạo Robot phát triển nhanh chóng đặc biệt nước phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất, sinh hoạt, quốc phịng… Robot thực cơng việc mà người khó thực chí khơng thực làm cơng việc địi hỏi độ xác cao, làm việc mơi trường nguy hiểm ( lị phản ứng hạt nhân, dị phá mìn qn sự, phát vật cản ống cống ), thám hiểm không gian vũ trụ… Để góp phần vào phát triển khoa học kỹ thuật, em chọn đề tài “thiết kế hệ thống phát vật cản sử dụng cảm biến siêu âm” điều khiển thông qua Bluetooth giao tiếp mơ máy tính Từ suy nghĩ em sử dụng kiến thức cịn hạn chế để nghiên cứu chế tạo Robot phạm vi đồ án tốt nghiệp với ước muốn đóng góp vào cơng nghệ chế tạo Robot nước nhà thời gian tới GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát vật cản sử dụng cảm biến siêu âm MỤC LỤC CHƯƠNG1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.2 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI 1.3 Ý TƯỞNG THIẾT KẾ 1.4 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU 11 2.1 Mạch Arduino Mega2560 11 2.1.1 Giới Thiệu Mạch Arduino Mega2560 11 2.2.2 Nguyên Lý Hoạt Động 16 2.2 Cảm Biến Siêu Âm SRF05 14 2.2.3 Hoạt Động Và Nhận Phản Hồi Sóng Cơ Bản Của SRF05 18 2.2.1 Giới Thiệu Cảm Biến Siêu Âm SRF05 14 2.2.2 Nguyên Lý Hoạt Động 15 2.2.3 Hoạt Động Và Nhận Phản Hồi Sóng Cơ Bản Của SRF05 17 2.2.4 Một Số Đặc Điểm Khác Của Cảm Biến Siêu Âm 18 2.2.5 Thông Số Kỹ Thuật Và Sơ Đồ Chân 19 2.2.6 Ứng Dụng Của Cảm Biến Siêu Âm SRF05 20 2.3 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ L298N 20 2.3.1 Giới Thiệu Mạch Điều Khiển Động Cơ L298N 20 2.3.2 Chức Năng Của Từng Chân Module L298N 21 2.3.3 Thông Số Kỹ Thuật 21 2.4 ĐỘNG CƠ RC SERVO 9G 21 2.4.1 Giới Thiệu Động Cơ Servo 9g 21 2.4.2 Nguyên Lý Hoạt Động 22 2.4.3 Thông Số Kỹ Thuật 23 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 24 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI TOÀN MẠCH 24 3.2 CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI 24 3.3 TÍNH TOÁN VÀ GIAO TIẾP GIỮA CÁC KHỐI VỚI ARDUINO 24 3.3.1 Khối Cảm Biến Siêu Âm SRF05 24 3.3.1.1 Xác Định Khoảng Cách 24 GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát vật cản sử dụng cảm biến siêu âm 3.3.1.2 Sai Số Lặp Của Cảm Biến 26 3.3.1.3 Hiện Tượng Forecasting 26 3.3.1.4 Hiện Tượng Đọc Chéo (Crosstalk) Của Cảm Biến 27 3.3.1.5 Tính Tốn Thiết Kế Mạch Cảm Biến Siêu Âm Với Arduino 29 3.3.2 KHỐI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 28 3.3.2.1 Động Cơ Servo 28 3.3.2.1.1 Cấu Tạo 28 3.3.2.1.2 Servo Và Điều Biến Độ Rộng Xung 29 3.3.2.1.3 Vai Trị Của Vơn Kế 30 3.3.2.1.4 Các Giới Hạn Quay 30 3.3.2.1.5 Tính Tốn Thiết Kế Động Cơ Servo Với Arduino 31 3.3.2.2 Động Cơ DC 32 3.3.2.2.1 Cấu Tạo 32 3.3.2.2.2 Hoạt Động Của Động Cơ DC 32 3.3.2.3 Mạch Điều Khiển Động Cơ L298N 33 3.3.2.3.1 Cấu Tạo 33 3.3.2.3.2 Nguyên Lý Hoạt Động 34 3.3.2.3.3 Mạch Điều Khiển IC L298N 36 3.3.2.3.4 TínhTốnThiết Kế Điều Khiển Động Cơ L298N Với Arduino 39 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 40 4.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM LẬP TRÌNH 40 4.1.1 Ngơn Ngữ Lập Trình Cho Arduino 40 4.2 SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN HỆ THỐNG 41 4.2.1 Lưu Đồ Giải Thuật 41 4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 42 4.3.1 Lập Trình Cảm Biến Siêu Âm SRF05 42 4.3.2 Lập Trình Động Cơ Servo 42 4.3.3 Lập Trình Mạch Điều Khiển Động Cơ L298N 43 4.3.4 Mô Phỏng Hệ Thống 44 4.3.5 CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH CHO TỒN MẠCH 45 CHƯƠNG 5: THI CÔNG MẠCH 50 5.1 THI CÔNG THIẾT KẾ MƠ HÌNH 50 5.2 THI CƠNG CẮM DÂY MƠ HÌNH 51 5.3 MƠ HÌNH THỰC TẾ 52 GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát vật cản sử dụng cảm biến siêu âm CHƯƠNG 6: NHẬN XÉT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 53 6.1 NHẬN XÉT 53 6.2 HẠN CHẾ 53 6.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Những thành viên khởi xướng Arduino 11 Hình 2.2: Board Arduino Mega2560 12 Hình 2.3: Sơ đồ chân Arduino Mega2560 14 Hình 2.4: Cảm biến siêu âm SRF05 15 Hình 2.5: Cấu hình SRF05 mode 16 Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động SRF05 mode 16 Hình 2.7: Nguyên lý hoạt động SRF05 mode 17 Hình 2.8: Nguyên lý hoạt động SRF05 18 Hình 2.9: Mức độ sóng âm hồi tiếp 18 Hình 2.10: Vùng phát cảm biến 18 Hình 2.11: Hai cảm biến hoạt động 19 Hình 2.12: Mạch điều khiển động L298N 20 Hình 2.13: Động servo 22 Hình 2.14: Thời gian xung mức cao quy định góc quay RC servo 23 Hình 3.1: Sơ đồ khối 24 Hình 3.2: Nguyên lý (TOF) 25 Hình 3.3: Hiện tượng forecasting 26 Hình 3.4: Hiện tượng crosstalk 27 Hình 3.5: Sơ đồ kết nối cảm biết siêu âm SRF05 Arduino Mega2560 28 Hình 3.6: Điều khiển động cách điều chế độ rộng xung 29 GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát vật cản sử dụng cảm biến siêu âm Hình 3.7: Sơ đồ kết nối động Servo Arduino Mega2560 31 Hình 3.8: Khi có dịng điện chiều qua động quay 32 Hình 3.9: Khi đổi chiều dịng điện động quay chiều ngược lại 33 Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý động quay theo chiều thuận 34 Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý động quay theo chiều nghịch 35 Hình 3.12: Bảng trạng thái 36 Hình 3.13: Sơ đồ chân cấu tạo IC L298N 37 Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý sử dụng IC L298N 38 Hình 3.15: Sơ đồ kết nối mạch L298N Arduino Mega2560 39 Hình 4.1: Giao diện Arduino IDE 40 Hình 4.2: Sơ đồ thuật tốn 41 Hình 4.3: Mơ góc quay servo khoảng cách cảm biến 44 Hình 5.1: Thi cơng thiết kế mơ hình 50 Hình 5.2: Cắm dây mơ hình 51 Hình 5.3: Mơ hình thực tế 52 GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát vật cản sử dụng cảm biến siêu âm MỤC LỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Thông số Arduino Mega2560 13 Bảng 2: Thông số cảm biến siêu âm SRF05 19 Bảng 3: Thông số mạch điều khiển động L298N 21 Bảng 4: Thông số động servo 23 Bảng 5: Sơ đồ kết nối chân cảm biến SRF05 Arduino Mega2560 28 Bảng 6: Sơ đồ kết nối chân động Servo Arduino Mega2560 31 Bảng 7: Sơ đồ kết nối chân mạch L298N Arduino Mega2560 39 GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát vật cản sử dụng cảm biến siêu âm CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Thuật ngữ Robot xuất lần vào năm 1922 tác phẩm “Rossum’s Universal Robot” Karel Capek Trong tác phẩm nhận vật Rossum trai tạo máy giống người để phục vụ cho người Hình dạng Robot xuất Hoa Kỳ, loại tay máy chép hình dung phịng thí nghiệm vật liệu phóng xạ Vào năm 50 kỷ trước, bên cạnh loại tay máy chép hình khí, loại tay chép hình thủy lực điện tử xuất Tuy nhiên, tay máy thương mại có chung nhược điểm thiếu di động, tay máy hoạt động hạn chế quanh vị trí Từ năm 1939 đến năm 1945: Trong chiến giới lần thứ II, Robot di động xuất Nó kết thành tựu cơng nghệ lĩnh vực nghiên cứu có liên quan khoa học máy tính điều khiển học, hầu hết chúng bom bay, ví dụ bom nổ dãy mục tiêu định, sử dụng hệ thống hướng dẫn vad rada điều khiển Tên lửa V1 V2 có “phi công tự động” hệ thống phát nổ, chúng tiền thân đầu đạn hạt nhân tự điều khiển đại Từ năm 1948: W Gray Walter tạo nên Elmer Elsie, hai Robot trông giống đồi mồi Chúng gọi Machina Speculatrix Robot hoạt động môi trường chim đồi mồi Elmer Elsie trang bị cảm biến sáng Nếu chúng nhận nguồn sáng, chúng di chuyển phía nguồn sáng Chúng tránh chuyển chướng ngại đường di chuyển Những Robot chứng minh cử phức tạp phát sinh từ thiết kế đơn giản Elmer Elsie thiết kế tương đương hai tế bào thần kinh