báo cáo đồ án 2 đề tài thiết kế thi công xe robot dò line

TRƯỜNG CAO ĐẲNG ĐIỆN TỬ - ĐIỆN LẠNH HÀ NỘI

(chữ hoa, 16pt, không đậm, căn giữa)

<TÊN ĐỀ TÀI ĐATN>

(chữ hoa, 18pt, đậm, căn giữa)

Họ và tên sinh viên/nhóm sinh viên:Giảng viên hướng dẫn:

HÀ NỘI 20< hai số cuối của năm bảo vệ ĐATN>

(chữ hoa, 12pt, đậm, căn giữa)

TRƯỜNG CAO ĐẲNG ĐIỆN TỬ - ĐIỆN LẠNH HÀ NỘIKHOA

(chữ hoa, 12pt, đậm, căn giữa)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

<TÊN ĐỀ TÀI ĐATN>

Họ và tên sinh viên/nhóm sinh viên:

Giảng viên hướng dẫn:

Thông qua GVHD

(Ký và ghi rõ họ tên)

HÀ NỘI 20…

MỤC LỤC

1.Giới thiệu các linh kiện điện tử sử dụng trong dự án8

1.2.3 Nguyên tắc hoạt động cảm biến hồng ngoại13

LỜI NÓI ĐẦU

Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn thầy … đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án này! Đồ án tốt nghiệp là đồ án rất quan trọng, là nền tảng để em thực hiện những dự án ngoài đời.

Trong quá trình thực hiện đồ án, được sự giúp đỡ tận tình của thầy …, em đã thu được nhiều kiến thức quý báu giúp em rất nhiều trong quá trình học và làm việc của em trong tương lai: được tiếp xúc với vi điều khiển họ AVR (Atmega8), biết cách thiết kế mạch điện, thi công mạch in, và nhiều kỹ năng khác.

Trong quá trình thực hiện đồ án, do em chưa có kinh nghiệm, nên không tránh khỏi những sai sót Em mong nhận được phản hồi từ thầy để hoàn thiện hơn.

Cảm ơn thầy … một lần nữa!

Chương 1: Giới thiệu chung

1 Mở đầu

1.1 Giới thiệu Robot

Robot đã xuất hiện và ngày càng trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại Chúng có khả năng thực hiện công việc của con người và đã tạo ra một cuộc cách mạng về lao động, khoa học và dịch vụ.

Năm 1921, nhà soạn kịch Karel Capek người Tiệp Khắc đã giới thiệu thuật ngữ “Robot” Thuật ngữ này xuất phát từ tiếng Czech và có nghĩa là “lao động bắt buộc” Từ đó, robot đã tiến xa hơn và trở thành một phần quan trọng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm khoa học quân sự, giáo dục và giải trí.

Chúng ta không thể phủ nhận vai trò quan trọng của robot trong cuộc sống hàng ngày Chúng không chỉ là công cụ hỗ trợ, mà còn là người bạn đồng hành đáng tin cậy trong hành trình khám phá và phát triển của con người.

Robot đã và đang xuất hiện trong cuộc sống của chúng ta từ lâu và ngày càng trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại Chúng có khả năng minh họa công việc của con người, chính robot đã và đang làm nên một cuộc cách mạng về lao động, khoa học và dạy phục vụ đặc lược cho các ngành khoa học như: Khoa học quân sự, khoa học giáo dục, các ngành dịch vụ, giải trí…

Chúng ta không thể phủ nhận vai trò quan trọng của robot trong cuộc sống hàng ngày Chúng không chỉ là công cụ hỗ trợ, mà còn là người bạn đồng hành đáng tin cậy trong hành trình khám phá và phát triển của con người.

Robot không chỉ xuất hiện trong ngành công nghiệp sản xuất, mà còn trong các lĩnh vực như y tế, nông nghiệp, giao thông, và nhiều lĩnh vực khác Chúng có thể thực hiện các nhiệm vụ phức tạp mà con người không thể hoàn thành một cách hiệu quả Ví dụ, robot phẫu thuật có thể thực hiện các ca phẫu thuật chính xác hơn và ít xâm lấn hơn đối với bệnh nhân Trong lĩnh vực nông nghiệp, robot có thể tự động thu hoạch cây trồng, giúp tăng năng suất và giảm tác động đến môi trường Ngoài ra, robot còn đóng vai trò quan trọng trong việc khám phá không gian và dưới biển Chúng có thể thực hiện các nhiệm vụ mà con người không thể tiếp cận được, như khám phá đáy đại dương hay tìm kiếm dấu vết của cuộc sống ngoài hành tinh.

Tuy nhiên, việc phát triển robot cũng đặt ra nhiều thách thức Chúng cần được lập trình một cách cẩn thận để đảm bảo an toàn và đạo đức Ngoài ra, việc thay thế lao động của con người bằng robot cũng đặt ra câu hỏi về việc giữ lại công việc cho con người trong cuộc sống

Lịch sử phát triển của robot công nghiệp là một hành trình đầy thú vị Năm 1949, máy điều khiển tự động đã cách mạng hóa quy trình sản xuất tại Mỹ Đến năm 1960, George Devol giới thiệu mẫu robot công nghiệp đầu tiên Năm 1961 chứng kiến việc robot công nghiệp (IR: Industrial Robot) được triển khai rộng rãi trong thị trường Robot Unimate, ra đời vào năm 1990 bởi nhóm nghiên cứu tại MIT, đã mở ra kỷ nguyên mới cho ngành công nghiệp sản xuất ô tô Báo cáo thống kê cho thấy, vào cuối năm 1990 có khoảng 300.000 IR được sử dụng toàn cầu Sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật và công nghệ đã dẫn đến việc số lượng IR tăng lên một cách chóng mặt và hiệu suất lao động được cải thiện đáng kể, giảm chi phí sản xuất.

1.2 Giới thiệu robot bám đường

Loại robot bám đường là một thiết bị thú vị trong lĩnh vực robot học Được thiết kế để di chuyển theo một quỹ đạo cụ thể, robot bám đường có khả năng tự định hướng và tuân theo đường dẫn đã được định sẵn Dù đó là một đường màu đen trên bề mặt trắng hoặc ngược lại, hoặc thậm chí là một đường không hình như một từ từ, robot này vẫn có thể theo dõi và duy trì đúng quỹ đạo Nguyên tắc hoạt động của robot bám đường dựa vào việc phân tích thông tin từ các cảm biến, như máy quét laser hoặc camera, để xác định vị trí và hướng di chuyển Robot sử dụng thuật toán điều khiển để điều chỉnh độ quay của bánh xe hoặc độ nghiêng của bánh răng để duy trì đúng quỹ đạo.

Những ứng dụng của robot bám đường rất đa dạng Chúng có thể được sử dụng trong việc kiểm tra và duyệt đường, giao hàng tự động, theo dõi và kiểm tra hệ thống đường sắt, và nhiều ứng dụng khác Khả năng tự định hướng và tuân theo đường dẫn của robot bám đường giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu sai sót trong các tác vụ di chuyển.

Tóm lại, robot bám đường là một ví dụ điển hình về sự kết hợp giữa công nghệ và thiết kế thông minh, mang lại lợi ích lớn cho nhiều lĩnh vực khác nhau.

2 Mục tiêu

Mục tiêu thiết kế robot dò đường là tạo ra một thiết bị có khả năng tự định hướng và di chuyển theo một quỹ đạo đã được định sẵn Dựa vào thông tin

từ các cảm biến, robot này sẽ tuân theo đường dẫn đã được định trước và duy trì đúng quỹ đạo.

Cụ thể, mục tiêu thiết kế robot dò đường có thể bao gồm:

quét laser hoặc camera để phát hiện và theo dõi đường dẫn.

của bánh xe hoặc độ nghiêng của bánh răng để duy trì đúng quỹ đạo.

tin từ cảm biến và đưa ra quyết định di chuyển.

xe, khung và các bộ phận khác.

đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác.

Tóm lại, mục tiêu thiết kế robot dò đường là tạo ra một thiết bị thông minh có khả năng tự định hướng và tuân theo đường dẫn đã được định sẵn

Chương 2: Phương pháp và quy trình phát triển

1 Giới thiệu các linh kiện điện tử sử dụng trong dự án1.1 Arduino NANO và Vi điều khiển 8-bit AVR

Arduino NANO là một trong những bo mạch phổ biến nhất trong dòng sản phẩm Arduino Với khả năng sử dụng các vi điều khiển họ 8-bit AVR như ATmega8, ATmega168 và ATmega328, Arduino NANO mang lại một loạt các ứng dụng đa dạng và linh hoạt Bộ não của Arduino NANO có thể xử lý nhiều tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lý tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị kết quả lên màn hình LCD, cũng như nhiều ứng dụng khác mà người dùng có thể tùy chỉnh theo nhu cầu cụ thể.

Thiết kế tiêu chuẩn của Arduino NANO sử dụng vi điều khiển ATmega328, một lựa chọn phổ biến và mạnh mẽ Tuy nhiên, nếu yêu cầu về phần cứng không cao hoặc ngân sách hạn chế, người dùng có thể lựa chọn các vi điều khiển khác như ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB) hoặc ATmega168 (bộ nhớ flash 16KB) với giá cả phải chăng hơn Việc này giúp tối ưu hóa chi phí mà vẫn đảm bảo tính linh hoạt và khả năng tùy chỉnh của dự án.

Bên cạnh việc sử dụng cho board Arduino NANO, các vi điều khiển này cũng có thể được áp dụng trong các mạch tự chế khác Với việc chỉ cần sử dụng board Arduino NANO để lập trình, người dùng có thể tạo ra các sản phẩm tùy chỉnh và giảm thiểu chi phí bằng cách sử dụng các mạch tự chế Điều này mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển các ứng dụng và dự án điện tử trong cộng đồng Maker.Servo SG90: Điều chỉnh hướng pin mặt trời

Năng lượng

Arduino NANO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V Thường thì cấp

nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu không có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, mình sẽ làm hỏng Arduino NANO.

Các chân năng lượng

các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau.

dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.

được đo ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy mình không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn.

với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.

Bộ nhớ

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:

Flash của vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được dùng cho bootloader nhưng đừng lo, hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ này đâu.

khi lập trình sẽ lưu ở đây Ta khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà mình phải bận tâm Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.

Memory): đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi ta có thể đọc và ghi dữ liệu của mình vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM.

Các cổng vào/ra

Arduino NANO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối).

Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

(receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Nano có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite() Nói một cách đơn giản, ta có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác.

chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.

bấm nút Reset, ta sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.

Arduino NANO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board, ta có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu ta cấp điện áp 2.5V vào chân này thì ta có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit.

Đặc biệt, Arduino NANO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/ TWI với các thiết bị khác.

Lập trình cho Arduino

Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung Và Wiring lại là một biến thể của C/C++ Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C++ Riêng mình thì gọi nó là “ngôn ngữ Arduino”, và đội ngũ phát triển Arduino cũng gọi như vậy Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất dễ học, dễ hiểu

Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự án này đã cũng cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình Arduino được gọi là Arduino IDE (Intergrated Development Environment) như hình dưới đây.

Nền tảng Arduino không chỉ là một công cụ hữu ích mà còn là một nguồn cảm hứng không ngừng đối với những người muốn khám phá thế giới của điện tử, lập trình và điều khiển, đặc biệt là trong lĩnh vực phát triển robot Với tính linh hoạt

và đa dạng của các board Arduino cũng như cộng đồng người dùng sáng tạo và hỗ trợ, mọi người không chỉ có thể tiếp cận dễ dàng với các khái niệm cơ bản mà còn có thể thực hiện những dự án phức tạp và đầy thách thức.

Arduino không chỉ là một công cụ kỹ thuật, mà còn là một công cụ giáo dục mạnh mẽ Việc sử dụng Arduino giúp mọi người hiểu rõ hơn về cách hoạt động của các thành phần điện tử, từ cách đọc dữ liệu từ cảm biến đến cách điều khiển các thiết bị Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc học tập và nghiên cứu trong các lĩnh vực như khoa học máy tính, kỹ thuật điện tử và robot học.

Bên cạnh đó, Arduino còn là một công cụ mạnh mẽ cho sự sáng tạo và đổi mới Với các tính năng linh hoạt và khả năng mở rộng của nền tảng, mọi người có thể tạo ra những dự án độc đáo và thú vị từ các ý tưởng sáng tạo của mình Từ robot tự lái đến hệ thống giám sát thông minh, Arduino là công cụ không thể thiếu cho bất kỳ ai muốn thực hiện các dự án công nghệ cao và tiên tiến.

Tóm lại, Arduino không chỉ là một công cụ kỹ thuật, mà còn là một cộng đồng sáng tạo và đổi mới Với sự hỗ trợ và cống hiến từ cộng đồng này, mọi người có thể khám phá và thực hiện những ý tưởng mới mẻ và táo bạo trong lĩnh vực điện tử và robot học.

1.2 Cảm biến thu phát hồng ngoại

1.2.1 Cảm biến hồng ngoại là gì?

Cảm biến hồng ngoại (Tiếng Anh: Infrared Sensor hoặc viết tắt IR Sensor) là một thiết

bị điện tử phát hoặc nhận bức xạ hồng ngoại trong môi trường xung quanh Khi vật thể

phát ra nhiệt độ trên 35 độ C thì sẽ phát ra bức xạ hồng ngoại con người không thể nhìn thấy được.

1.2.2 Phân loại cảm biến hồng ngoại

Cảm biến hồng ngoại hiện nay gồm có 2 loại chính là:

 Cảm biến hồng ngoại chủ động: Khi vật thể đến gần, tia hồng ngoại phát ra từ

thiết bị sẽ sẽ đụng vào các vật thể và phản xạ lại, từ đó cảm biến nhận diện được vật thể.

hiện và nhận tia hồng ngoại từ các vật thể khát.

1.2.3 Nguyên tắc hoạt động cảm biến hồng ngoại

Nguyên tắc hoạt động của các loại cảm biến hồng ngoại là:

dụng một bóng đèn LED để phát ra tia sóng hồng ngoại và cảm biến hồng ngoại Khi gặp vật thể, tia hồng ngoại bật ngược lại và đi vào cảm biến hồng ngoại.

ngoại và thấu kính Fresnel để phát hiện ra tia hồng ngoại phát ra từ vật thể 4Cách thiết lập cảm biến hồng ngoại

1.2.4 Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại

Cảm biến hồng ngoại được sử dụng trong các thiết bị SmartHome để phát hiện chuyển động của con người, từ đó tự động điều khiển các thiết bị hoạt động theo như lập trình Các ứng dụng nổi bật của cảm biến hồng ngoại gồm có:

Bật tắt đèn tự động

Bằng việc phát hiện chuyển động hoặc tia sóng hồng ngoại phát ra từ con người, cảm biến hồng ngoại sẽ kết nối với đèn để bật tắt tự động rất tiện lợi và tiết kiệm điện năng Cảm biến hồng ngoại thường được đặt ở vị trí như hàng lang để chiếu sáng lối đi, cửa ra vào hoặc nhà vệ sinh.

Cảm biến hồng ngoại giúp chống trộm

Khi phát hiện ra vật thể lạ xâm nhập vào nhà như hàng rào, ban công, cảm biến hồng ngoại nhận diện được sẽ kết nối với thiết bị âm thanh phát ra tiếng để báo động chủ nhà để đề phòng và có biện pháp xử lý.

Giúp mở cửa tự động

Cảm biến hồng ngoại được đặt ở phía trên sẽ phát hiện các chuyển động ra vào từ đó điều khiển cửa đóng/mở cho phù hợp Bạn có thể thấy rõ nhất ứng dụng này ở các trung tâm thương mại hay văn phòng.

Giúp truyền lệnh điều khiển

Tia hồng ngoại từ lâu đã được ứng dụng trong các remote tivi, máy lạnh để phát ra tín hiệu điều khiển từ xa Hiện nay với việc tích hợp cảm biến hồng ngoại trên các thiết bị và điện thoại thông minh có thể phát ra được tia hồng ngoại, bạn có thể sử dụng điện thoại thông minh để điều khiển các vật dụng

Cảm biến hồng ngoại giúp sáng tạo thiết bị nhìn đêm

Nhờ nguyên lý chuyển đổi photon ánh sáng xung quanh thành electron, sau đó khuếch đại bằng chất hóa học sẽ tạo nên thiết bị giúp chúng nhìn thấy trong môi trường không có ánh sáng khả kiến Thiết bị này được thường được sử dụng nhiều trong lực lượng quân đội, cảnh sát.

Ứng dụng trong thiên văn

Cảm biến hồng ngoại cũng được ứng dụng trong việc chế tạo kính viễn vọng, hệ thống cảm biến và máy dò trạng thái rắn Các vật thể phát xạ nhiệt hay hồng ngoại sẽ phát hiện được bằng kính, qua đó giúp nhà thiên văn học có thể quan sát các vật thể trong vũ trụ.

Ứng dụng trong nghệ thuật chế tác và phục hồi tranh ảnh

Các nhà nghiên cứu ứng dụng phản xạ hồng ngoại để phân tích và nghiên cứu các lớp ẩn trong các bức tranh nghệ thuật Các đặc điểm của bức tranh như chất liệu, tuổi đời sẽ được phát hiện và từ đó được nhận định bức tranh là thật hay giả.

1.2.5 Một số lưu ý khi lắp đặt và sử dụng cảm biến hồng ngoại

Để đảm bảo cảm biến hồng ngoại hoạt động đúng với ý đồ mong muốn, bạn hãy lưu ý một số điều sau khi lắp đặt:

không thể phát hiện được mục tiêu.

 Tránh lắp đặt gần các nguồn phát nhiệt, dễ gây ra báo động giả như điều hoà, lỗ thoát khí, bếp lửa và ánh sáng mặt trời vì đầu hồng ngoại rất nhạy cảm với năng lượng

L298N là module điều khiển động cơ trong các xe DC và động cơ bước Module có một IC điều khiển động cơ L298 và một bộ điều chỉnh điện áp 5V 78M05 Module L298N có thể điều khiển tối đa 4 động cơ DC hoặc 2 động cơ DC với khả năng điều khiển hướng và tốc độ.

Cấu hình sơ đồ chân L298N

Tên chân Mô tả

OUT1 & OUT2 Chân đầu ra cho động cơ A OUT3 & OUT4 Chân đầu ra cho Động cơ B

Đặc điểm và thông số kỹ thuật module L298

Module điều khiển thay thế: TMC2209, DRV8825, A4988, L9110S, DRV8711