đồ án môn học hệ nhúng chế tạo xe agv mini dò line điều khiển bluetooth

LỜI MỞ ĐẦUHiện nay, các vi xử lý hay vi điều khiển đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: điều khiển, tự động hóa, đo đạc.. Ngày càng nhiều robot thông minh được chế tạo và

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

o0o ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ NHÚNG

ĐỀ TÀI: CHẾ TẠO XE AGV MINI (DÒ LINE, ĐIỀU KHIỂN

BLUETOOTH)

Giảng viên hướng dẫn:

Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm

Hà Nội, tháng 082 năm 2023

1

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

LỜI MỞ ĐẦU 3

Chương 1: Tổng quan 4

1.1 Lý do chọn đề tài 4

1.2 Mô tả tóm tắt cách thức hoạt động của robot 4

Chương 2: Phân tích hệ thống 5

2.1 Sơ đồ khối của hệ thống 5

2.2 Vai trò của từng khối 5

Chương 3: Thiết kế hệ thống 6

3.1 Sơ đồ mạch chi tiết của hệ thống 6

3.2 Chức năng chi tiết của từng khối 6

3.2.1 Khối nguồn 6

3.2.2 Khối điều khiển 7

3.2.3 Sensor dò line 7

3.2.4 Sensor đo khoảng cách 7

3.3 Triển khai xây dựng hệ thống 8

Chương 4: Kết quả và kết luận 9

4.1 Kết quả 9

4.2 Kết luận 9

Chương 5: Tài liệu tham khảo 10

2

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, các vi xử lý hay vi điều khiển đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: điều khiển, tự động hóa, đo đạc truyền thông,… Cùng với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, các ứng dụng tự động hóa càng phát triển nhầm nâng cao năng suất lao động Ngày càng nhiều robot thông minh được chế tạo và nghiên cứu để nâng cao chất lượng cuộc sống con người như các xe không người lái phục vụ du lịch, tham quan, các robot trong các dây chuyền sản xuất tự động,…

Chính vì điều đó, nhóm chúng em đã tiến hành đề tài “Chế tạo xe AGV mini (dò line, tránh vật cản)” với mong muốn có thể vận dụng những kiến thức đã học để bước đầu nắm bắt

và xây dựng robot thông minh

Trong quá trình thức hiện đề tài, vẫn còn tồn tại nhiều thiếu sót, chúng em rất mong nhận được những nhận xét và ý kiến từ thầy và các bạn để đê tài được hoàn thiện hơn.Xin chân thành cảm ơn

3

Chương 1: Tổng quan

1.1 Lý do chọn đề tài

Đất nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa Để tiến kịp các nước trong khu vực và trên thế giới, nền công nghiệp nước nhà cần tiếp cận các công nghệ và thiết bị hiện đại Các cán bộ kĩ thuật cần được trang bị các kiến thức mới, như vậy mới có thể đẩy nhanh các quá trình phát triển của đất nước

Kĩ thuật robot đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực ở nhiều nước, nó đã đem lại hiệu quả to lớn trong sản xuất công nghiệp, trong quốc phòng, y

tế, xã hội, thám hiểm vũ trụ Tuy nhiên, tình hình sử dụng robot trong sản xuất của chúng ta còn hiếm hoi Việc ứng dụng robot công nghiệp hiện vẫn còn là lĩnh vực mới

mẻ đối với nền công nghiệp nước nhà Trong xu hướng phát triển chung việc nghiên cứu và sử dụng robot ở Việt nam chắc chắn sẽ phát triển

AGV là một loại robot được sử dụng tại nước ngoài trong các ngành công nghiệp dùng để chuyên chở tự động Tuy nhiên đối với Việt Nam thì công nghệ này vẫn chưa được áp dụng nhiều, thấy được tình hình đó, nhóm chúng em quyết định xây dựng một

xe robot AGV mini (dò line, tránh vật cản)

1.2 Mô tả tóm tắt cách thức hoạt động của robot

Xe robot hoạt động trên đường line được định sẵn, 3 mắt dò line sẽ xác định hướng di chuyển của xe, khi gặp chướng ngại vật, cảm biến khoảng cách sẽ đo khoảngcách từ robot đến vật để tiến hành di chuyển tránh chướng ngại vật, ở cuối đường line

ta sẽ kẻ một đường ngang đen nhằm cho robot xác định đó là điểm cuối của line và sau đó robot sẽ dừng lại

4

Chương 2: Giới thiệu arduino và các thành phần mạch

2.1 Giới thiệu về arduino

2.1.1 Sơ lược về Arduino UNO R3

Arduino Uno là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển

Microchip ATmega328 được phát triển bởi Arduino.cc Bảng mạch được trang bị các

bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch mở rộngkhác nhau

Hình 1: Sơ đồ cấu trúc Arduino Uno R3

2.1.2 Một vài thông số

Một vài thông số của Arduino UNO R3

Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động 16 MHz

5

Dòng tiêu thụ khoảng 30mA

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân

EEPROM 1 KB (ATmega328)

Power

LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13 Khi

chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW)

VIN: Chân này dùng để cấp nguồn ngoài (điện áp cấp từ 7-12VDC).

5V: Điện áp ra 5V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 500mA).

3V3: Điện áp ra 3.3V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 50mA).

GND: Là chân mang điện cực âm trên board.

IOREF: Điệp áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO và có thể đọc điện áp trên chân IOREF Chân IOREF không dùng để làm chân cấp nguồn

6

Bộ nhớ

Vi điều khiển ATmega328:

32 KB bộ nhớ Plash: trong đó bootloader chiếm 0.5KB.

2 KB cho SRAM: (Static Random Access Menory): giá trị các biến khai báo

sẽ được lưu ở đây Khai báo càng nhiều biến thì càng tốn nhiều bộ nhớ RAM Khi mất nguồn dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

1 KB cho EEPROM: (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory):

Là nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây và không bị mất dữ liệu khi mất nguồn

Các chân đầu vào và đầu ra

Trên Board Arduino Uno có 14 chân Digital được sử dụng để làm chân đầu vào và đầu

ra và chúng sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite(), digitalRead() Giá trị điện áp trên mỗi chân là 5V, dòng trên mỗi chân là 20mA và bên trong có điện trở kéo lên là 20-50 ohm Dòng tối đa trên mỗi chân I/O không vượt quá 40mA để tránh trường hợp gây hỏng board mạch

Ngoài ra, một số chân Digital có chức năng đặt biệt:

Serial: 0 (RX) và 1 (TX): Được sử dụng để nhận dữ liệu (RX) và truyền dữ liệu

(TX) TTL

7

Ngắt ngoài: Chân 2 và 3.

PWM: 3, 5, 6, 9 và 11 Cung cấp đầu ra xung PWM với độ phân giải 8 bit bằng

hàm analogWrite ()

SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Các chân này hỗ trợ giao tiếp SPI

bằng thư viện SPI

LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13 Khi

chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW)

TWI/I2C: A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác Arduino Uno R3 có 6 chân Analog từ A0 đến A5, đầu vào cung cấp độ phân giải là 10 bit.

8

2.2 Các thành phần của mạch

2.2.1 Động cơ giảm tốc

Hình 3: Hình ảnh về động cơ giảm tốcThông số kỹ thuật:

2.2.2 Module điều khiển động cơ L298

Hình 4: Hình ảnh về Module điều khiển động cơ L298

Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H

Điện áp điều khiển: +5V ~ +12V

Dòng tối đa cho mỗi mạch cầu H: 2A

Điện áp của tín hiệu điều khiển: 0~ 36mA

Công suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T=75°C)

10

Nhiệt độ bảo quản: -25°C~ +130

Công dụng: IC L298 là một IC tích hợp nguyên khối gồm 2 mạch cầu H bên trong Với điện áp làm tăng công suất nhỏ như động cơ DC loại vừa…

4 chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 được nối lần lượt với các chân 5,7,10,12 của L298 Đây là các chân nhận tín hiệu điều khiển

4 chân OUTPUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương tự với các chân input)

được nối với các chân 2,3,13,14 của L298 Các chân này sẽ được nối với động cơ

Hai chân ENA và ENB dùng để điều khiển mạch cầu H trong L298 Nếu ở mức logic “1” (nối với nguồn 5V) cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ở mức logic “0” thì mạch cầu H không hoạt động

INT1 = 1; INT2 = 0: Động cơ quay thuận INT1 = 0; INT2 = 1: Động cơ quay nghịch INT1 = INT2: Động cơ dùng ngay tức thì Với ENB cũng tương tự với INT3, INT4

Hình 5: Sơ đồ nguyên lý

11

2.2.3 Cảm biến hồng ngoại 5 kênh TCRT 5000

Hình 5: Hình ảnh về Cảm Biến Dò Line Đơn TCRT5000

Thông số kỹ thuật:

Điện áp hoạt động: 5VDC

Mạch sử dụng chip so sánh LM393

12

Dòng tiêu thụ: <10mA

Dải nhiệt độ hoạt động: 0oC ~ 50oC

Đầu giao tiếp: 4 dây VCC, GND, DO, AO

Tín hiệu kích hoạt đầu vào: TTL

Kích thước: 3.2 x 1.4mm

Công dụng: hoạt động theo nguyên lý thu – phát ánh sáng Các mắt sẽ phát ra tia hồng ngoại có bước sóng hồng ngoại Mắt thu ở bề mặt chứa vùng sáng sẽ hấp thụ ánhsáng hồng ngoại đó Ở trạng thái bình thường mắt thu có nội trở rất lớn (hàng trăm Kilo-Ohm) Khi thu nhận tia hồng ngoại vào nội trở của mắt thu giảm (vài chục Kilo-Ohm) Nếu bề mặt phản xạ lại ánh sáng, tín hiệu đó sẽ được mắt thu thu nhận → Từ

đó ta xác định được tín hiệu và đưa ra vùng sáng xác định (Những bề mặt, vùng phản

xạ gần như phản xạ hết những ánh sáng đi qua nó) Nếu bề mặt không phản xạ lại ánh sáng, không có tín hiệu về mắt thu → Từ đó ta không nhận được tín hiệu và xác định được vùng tối (Những bề mặt, vùng tối hấp thụ gần như hết ánh sáng đi qua nó)

2.2.5 Pin 18650

Hình 5: Hình ảnh về pin 18650Thông số kỹ thuật:

Điện áp: 3.6V đến 4.2V

13

3.1 Sơ đồ khối của hệ thống

3.2 Vai trò của từng khối

Khối Start: Thực thi ngay sau khi cấp nguồn cho robot

L, C, R, Khoangcach: khai báo các biến để lưu trữ dữ liệu

14

Khối xử lý, rẽ nhánh: khối rẽ nhánh giúp phân luồng các điều kiện đo được từ cácsensor sau đó gửi về khối xử lý để xử lý tín hiệu.

Khối thực thi: giúp robot di chuyển theo đúng chu trình

Chương 4: Thiết kế hệ thống

4.1 Sơ đồ mạch chi tiết của hệ thống

15

4.2 Chức năng chi tiết của từng khối

4.2.1 Khối nguồn

Chức năng: Cấp nguồn cho hệ thống

4.2.2 Khối điều khiển

Chức năng: nhận tín hiệu điều khiển từ các sensor để điều khiển động cơ robot

4.2.3 Sensor dò line

Chức năng: Xác định đường line để gửi về arduino xử lý

16

4.3 Triển khai xây dựng hệ thống

B1: Tìm hiểu hệ thống

B2: Triển khai kết nối phần cứng

B3: Code giao tiếp giữa arduino với các sensor

B4: Tiến hành chạy thử

B5: Xử lý các vấn đề phát sinh trong quá trình vận hành

17

Chương 5: Kết quả và kết luận

18

5.1 Kết quả

19

Xe AGV đã hoàn thành kịp tiến độ Quá trình làm việc nhóm hiệu quả, phần gắn mạch và đấu nối mạch, lập trình được phân chia đảm bảo sự liên kết giữa các thành viên trong nhóm Cảm biến siêu âm được bố trí khoa học, giảm tình trạng nhiễu và gây cản trở hoạt động.

5.2 Kết luận

Nhờ có sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo bộ môn nên nhóm chúng em sau 1 kỳhọc vừa qua đã hoàn thiện sản phẩm xe robot AGV mini (dò line, tránh vật cản) Nhìn chung sản phẩm hoạt động ổn định trong môi trường ít bị ảnh hưởng bới ánh sáng mặt trời tác động vào mắt cảm biến dò line, xe hoạt động trên đường line cố định và tự động tránh vật cản trong quá trình di chuyển

21

Chương 6: Tài liệu tham khảo

[1] Arduino Workshop: A Hands-On Introduction with 65 Projects

[2] Programming Arduino: Getting Started with Sketches, Second Edition.[3] HC-SR04 Datasheet (HTML) - List of Unclassifed Manufacturers

[4] http://www.farnell.com/datasheets/1682238.pdf

22