Đồ Án Điều khiển Ô tô thiết kế và chế tạo mô hình xe robot tự tránh vật cản sử dụng mạch Điều khiển arduino

Không chỉ đóng vai trò là thành phần sản xuất công nghệ robot còn được ứng dụng vào các ngành khác nhau: Y tế, Quốc phòng, Công nghiệp ô tô, .... Ngành công nghiệp không người lái càng p

TRUONG DAI HOC TRA VINH KHOA KY THUAT VA CONG NGHE

-000 -

DO AN DIEU KHIEN Ô TÔ

THIET KE VA CHE TAO MO HINH XE

ROBOT TU TRANH VAT CAN SU DUNG

MACH DIEU KHIEN ARDUINO

Giảng viên hướng dẫn: TS TRƯƠNG VĂN MÉN

Sinh viên thực hiện: TRẬN THANH DE

TRUONG DAI HOC TRA VINH KHOA KY THUAT VA CONG NGHE

-000 -

DO AN DIEU KHIEN Ô TÔ

THIET KE VA CHE TAO MO HINH XE

ROBOT TU TRANH VAT CAN SU DUNG

MACH DIEU KHIEN ARDUINO

Giảng viên hướng dẫn: TS TRƯƠNG VĂN MÉN

Sinh viên thực hiện: TRẬN THANH DE

2.1.3 Cảm biến siêu âm (đo khoảng cách) HY-SRFU5 ào ccnenrrre 5

V1 .A.(,, HH 9 2.1.6 DOng CO (DO) ve BAN 8n nnốốốốốốố.ằ ẢẢ II VI@ ti rhnnẵnG aa 12 2.2 Các lĩnh kiện khác L2 222122211111 111211122111011 1101111182 111112211111 12

CHUONG III: KET QUA THIET KE, CHE TAO VA THU NGHIEM 13 3.1 So dO khOi ctta hé thong cccccccceecseesscscsesstssessessesessvsvsseesssvsneesee 13

3.2 Sơ đồ mạch chỉ tiết của hệ thống 52 S11 211 112171212121 rrree 13 3.3 Nguyên lý làm việc - Q00 0111122111211 11 2112211011101 11 20181110111 ng 15

3.4 Ket qua che tO ccc ccccccccccsseescssessesesssesessessessesstsersevsessessevesensesensesesseetseeees 16 3.5 Két qua thir mghi@m o.oo ccccccccccscsecsesseseessesscsesssesessessessnsstserseesesteeseee 18 CHUONG: IV KET LUAN VA DE XUAT oooocccccccccccccesecsesscseseseesesevsessersnsesie 22

'Š› tàn nỢỪỘỪỶV.Ừ 22

PHỤ LỤC 2¿-2221121211122211112111.211 1.21111222112121 rree 24

Ngày nay, việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào trong sản xuất rất phổ biến Đặt biệt là công nghệ robot Không chỉ đóng vai trò là thành phần sản xuất công nghệ robot còn được ứng dụng vào các ngành khác nhau: Y tế, Quốc phòng, Công nghiệp ô

tô, Ngoài việc dùng PLC để lập trình thì chúng ta hoàn toàn có thể dùng ARDUINO để giảm thiêu chỉ phí Ngành công nghiệp không người lái càng phát triển đượ ứng dụng ở nhiều ngành: Công nghiệp ô tô; Một số hãng xe đã đã áp dụng công nghệ tự động không người lái có thể kê đến như “Tesla (Model X), Volvo (xe tự động

sử dụng công nghệ GPS để định vị và công nghệ điện toán đám mây) Quốc phòng hàng không mà ở đó máy bay không người lái đóng vai trò quan trọng

LOI CAM ON

Lời đầu tiên nhóm chúng em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn là thầy Trương Văn Mến đã nhiệt tình giúp đỡ chúng em tìm hiểu sâu đề đồ án, cung cấp một số tài liệu cơ bản, tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình thực hiện đỗ án Nhờ vậy mà chúng em có thế thực hiện đỗ án đúng thời hạn Và quan trọng hơn sau đó chúng em được học thêm nhiều khiến thức mới, những kinh nghiệm thực tế trong quá trình xây dựng đồ án, lập trình và làm việc với những thiết bị chuyên môn

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy trong khoa Kỹ Thuật - Công Nghệ,

và đặc biệt các thầy trong bộ môn Cơ Khí Động Lực đã nhiệt tình giúp đỡ và giảng dạy, cung cấp những kiến thức cơ bản đề chúng em có cơ sở chuyên môn thực hiện

và hoàn thành đồ án

Cuối cùng chúng em xin chúc quý Thây đồi đào sức khỏe và thành công trong

sự nghiệp cao quý

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT _

(Của giảng viên hướng dẫn trong đồ án của sinh viên)

Giảng viên hướng dẫn (ký và ghi rõ họ tên)

TRUONG DAI HOC TRA VINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

BAN NHAN XÉT ĐỎ ÁN MÔN HỌC

(Của giảng viên hướng dân)

Họ và tên sinh viÊH: ce cccceccecccceseveseseeteeeeeeeeecs MSSV: Q.2 20.2222 n 2222 2xx

Họ và tên sinh viÊH: ce cccceccecccceseveseseeteeeeeeeeecs MSSV: Q.2 20.2222 n 2222 2xx NgànH: 2 20 2011120112211 121 111211152111 811 1101118111101 111 Hà Khóa: coi

Chức danh: - - - Q1 n1 1121111115111 1 1111111115515 5 511111 xxx Học vỊ: à S22 sexy

NHẬN XÉT

1 Nội dung dé tai:

Tra Vinh, ngay tháng _nam 20 Giảng viên hướng dan (Ký & ghi rõ họ tên)

_ NHAN XET

(Của giảng viên châm trong đồ án của sinh viên)

Giảng viên chấm (ký và ghi rõ họ tên)

TRUONG DAI HOC TRA VINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

BẢN NHẬN XÉT ĐỎ ÁN MÔN HỌC

(Cua can b6 cham dé an mon hoc)

Họ và tên người nhận xét: - 2 2 0020102011211 1 1211151112111 1111 1111111111115 g1 X11 11kg Chức danh: - L - c nn S11 Sn SE ky se Học VỊ: Q.0 0n HH n ng nn n2 Chuyên ngànÌ: 0 22 02220111011110111511111 111111111111 1110 1110111111 111011111

CO Quan CONG TAC eee ccc ccenee cece cece tee ee ede e estat cesaeeeesseesesaeesesssesenseeecstieetetesecttiesees

¡.: 0

DANH MUC CAC BANG, SO DO, HINH

01:0 11084 0 aaắiãa 2

Hình 2.2: Khối điều khiến Arduino R3 [3] -55- + 2 2111111E11122121 21211822 re 2 Bảng 2.L: Thông số cơ bản của Arduino R3 [3] - 5c 5s s11 S111122111211E12E1 21.1 cre 4 Hình 2.3: Cảm biến siêu âm HY - SRF05 [4] + S212111121111111111111 E221 xe 5 Hình 2.4: Tín hiệu xung cảm biến siêu âm [4] - 5: s21 sSE2E1211152111111151 522222 xeE 6

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật module điều khiên động cơ L298N [5] 5-5¿ 9

Hình 2.8: Servo SG90 [6] - 25222 221221222111112111211211211121222212 121112021 reu 9

Bảng 2.4: Thông số kỹ thuat servo SG90 [6] ccccccccecccsessesessesseesesesesseeeseeeesten 10 Hinh 2.10: Dong co (DC) và bánh xe [7] - 2 222122221122 1221111211 15111 2211222222 II

Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật động cơ DC [7] -55-522c 2221 S212122272222221211x 1 xtee II

Hình 2.11: Thân xe trên phần mềm Ultimaker Cura - 2-52 52E22E£E2£E2E£££££cze2 12

Hình 2.12: Các linh kiện khác 2-22 s22E22S1222122711271271111212122112221221 2 ce 12 Hình 3.L: Sơ đỗ khối của hệ thống ¿+ S1 11E1111E1E1111E111111121111211111111111 11 1x0 13 Hình 3.2: Sơ đồ đấu dây của hệ thống - 52 S111 11111E11111111221212111111 E11 1g 13

Hình 3.3: In 3D thân xe - - - 2c 1222211112231 1 1121111111111 121 1111113111111 k kg 1151k c ch 16 Hình 3.4: Som than Xe cece ceccccccssceccessccecsseecsessccessssecessesessasecenseausessecneessttaseess 17

Hinh 3.5: B6 tri linh kiện vào thân xe - 22222222221 E112512122711221221271 2711122 xe 17

Hinh 3.6: Xe robot tranh vat cản hoàn thiện 0022222311111 1 5113511111111 x e2 18 Hình 3.7: Xe robot tự tránh vật cản đang chạy trên tuyến đường thắng 18 Hình 3.8: Xe robot gặp vật can cách 25em 0 2201121111211 111 12211111118 1111k 19 Hinh 3.9: Xe robot trãnh vật cản c1 11H TT n TS S ST 1110151111111 11 111k xe 19 I6 00 {5u v0ìr i0 innhiiaaaiaaadaddảảẻảỶảÝẻÝẻÝắÝắÝẽẽ (3 20 Hinh 3.LI: Xe robot trãnh vật cản c1 n1 HH TT HH TS TS TS 111115111111 111 111k kx se 20 Hình 3.12: Xe robot qua vật cản tiếp tục di thang ¬ 21

CHUONG: I TONG QUAN

Hiện nay nền công nghiệp 4.0 đã và đang phat triển mạnh rộng rãi trong hầu hết các ứng dụng của nền kinh tế trong mỗi quốc gia Một trong những ứng đụng được sử dụng gần đây nhất đó là ứng dụng công nghệ thông tin vào công nghệ chế tạo và điều khién robot thông minh

Tự động hóa là tông hợp của nhiều lĩnh vực như cơ khí, điều khiển, công nghệ

thông tin và cơ điện tử Các lĩnh vực này kết hợp lại với nhau tạo thành các hệ thống

tự động hóa và cao hơn là tự động hóa toàn bộ quá trình sản xuất Ngành công nghiệp

tự động hóa ngày càng có vai trò quan trọng và hết sức cần thiết để đáp ứng các mục

tiêu phát triển kinh tế nhất là trong tiến trình công nghiệp - hiện đại hóa nhanh như hiện nay Nó đòi hỏi một nguồn nhân lực có trình độ cao đề vận hành Trên thế giới

hiện nay có rất nhiều loại robot quy mô lớn như: Những cánh tay máy trong dây chuyển sản xuất, những hệ thống sản xuất tự động Nhỏ hơn là những robot có khả năng đi chuyên, làm những công việc thay thế con người, robot bán hàng, robot giúp người già, 1n 3D

Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học đời sống, cuộc sông của con người đã thay đổi ngày một tốt hơn, với những trang thiết bị hiện đại phục vụ trong công cuộc công

nghiệp hóa, hiện đại hóa Những thiết bị điện, điện tử được phát triển và ứng dụng

rộng rãi trong đời sống hằng ngày Từ những thời gian đầu phát triển vi xử lý đã cho thay su wu việt của nó và cho tới ngày nay tính ưu việt đó ngày cảng được khăng định thêm Nhiều ngành công nghiệp đang sử dụng robot do chúng nó có mức độ hiệu suất

và độ tin cậy cao Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng chừng như không thê thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tỉnh thần cho con người

Qua đó em đã quyết định nghiên cứu thiết kế và chế tạo ra một sản pham mang tính ứng đụng vảo trong đời sống thực tiễn của chúng ta Sản phâm đó chính là xe robot tránh vật cản Xe robot tránh vật cản được thiết kế có thê tránh được vật cản phía trước mặt robot Sản phẩm nay co nhiều cách để tránh vật cản như khi gặp vật cản thì

xe dừng lại sau đó sẽ đo khoảng cách đề xác định rẽ phải hay rẽ trái hoặc lùi, để tránh vật cản và sau đó quay trở về hướng đi chính Nhưng do thời gian, kiến thức và kinh

nghiệm của em còn hạn chế nên sẽ không tránh khỏi những sai sót

Pin 18650 là pin có đường kính 1§0mm# chiều dài 650mm là loại pm có hiệu

điện thế 3.7volt đến 4.2 volt, với dung lượng pin 3500mAh Có chức năng là cung cấp nguồn cho hệ thống

2.1.2 Khỗi điều khiển Arduino R3

la Đầu cắm công USB mạch

Arduino

1b, Dau cắm céng USB

máy tính

10 Chân lây tín hiệu 9, Chân ICSP của

11 Chân cắp nguễn cho cảm

ic Analog Atmega 328

bien

Hinh 2.2: Khéi diéu khién Arduino R3 [3]

Arduino 1a mét board mạch vi xử lý nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Được giới thiệu đến công chúng năm

2005 những nhà thiết kế mong muốn mang đến một cách thức đơn giản chỉ phí thấp đề

khuyến khích sinh viên, người yêu thích có thể dễ dàng chế tạo ra những thiết bị có

khả năng tương tác với môi trường qua các cảm biên và cơ câu châp hành

Arduino hiện nay đã rất phô biến trên thế giới và chúng cũng được biết đến rộng rãi tại Việt Nam Với vô vàn những ứng dụng mở rộng độc dao Arduino ngay cảng chứng tỏ được sức mạnh của mỉnh Arduino là một nền tảng mã nguồn mở được

sử dụng để xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Arduino giống như một máy tính nhỏ để người dùng có thể lập trình và thực hiện các dự án điện tử mà không cần phải có các công cụ chuyên biệt đề phục vụ việc nạp code Arđuino và Raspberry Pi là những công cụ hỗ trợ đắc lực cho lập trình và những hoạt động liên quan [3]

Với Arduino bạn có thế ứng dụng vào những mạch đơn giản như mạch cảm biến ánh sáng bật tắt đèn, mạch điều khiến động cơ, hoặc cao hơn nữa bạn có thê làm những sản phâm như: máy in 3D, Robot, khinh khí cầu, máy bay không người

lái,

- Chan giao tiép Digital (tin hiệu số):

+ Có 14 chân, từ 0 dén 13 + Những chân có đấu ~ (3, 5, 6, 9, 10,11) là những chân có thé xuất ra

xung có thế thay đổi độ rộng, được ứng dụng đề điều khiến tốc độ động

cơ hoặc độ sáng của đèn

- _ Chân đọc tín hiệu Analog (tín hiệu tương tự):

+ Có 6 chân, từ A0 đến A5

+ Đọc tín hiệu Analog từ cảm biến để IC Atmega 328 xử lý

- Chân cấp nguồn: Arduino ƯNO có thê được cấp nguồn 5V thông qua công USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-I2VDC và giới hạn là 6-20V Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nêu bạn không có sẵn nguồn từ công USB Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏng Arduino NO

+ Bao gôm các chân:

¢ GND (nối đất/âm), 5V, 3.3V

¢ Vin (Voltage Input): dé c4p nguén ngoài cho Arduino ƯNO, bạn nối cực dương của nguôn với chân này và cực âm của nguôn với chân GND

® IOREF: điện áp hoạt động cua vi điều khiến trên Arduino UNO cé thé được đo ở chân này Và đĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ chân này đề sử dụng bởi chức năng của nó không phai la cap nguồn

¢ RESET: viéc nhan nut Reset trén board dé reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được noi voi GND qua l1 điện trở L0KO + Các chân này dùng đề câp nguôn cho các thiệt bị bên ngoài như role, cam bién, RC servo,

- Ngoaira con c6 các chân: Vin, Reset, IOREF

Bảng 2.1: Thông số cơ bản của Arduino R3 [3]

Dién ap vao khuyén dung 7—12-DC

Điện áp vảo giới han 6- 20 - DC

S6 chan Digital 1/O Số chân Analog 6 chân (độ phân giải 10 bit) 14 chan (6 chan PWM)

Dòng tôi đa trên mỗi chân I/O 30 mA

EEPROM IKB

Chức năng là nhận tín hiệu từ cảm biến sau đó xử lí tín hiệu từ đó đưa tín hiệu

ra đê điều khiến các chức năng của xe robot

2.1.3 Cảm biến siêu âm (đo khoảng cách) HY-SRFU05

Cảm biến siêu âm UltraSonic HY-SRF05 được sử dụng để nhận biết khoảng

cách từ vật thê đến cảm biến nhờ sóng siêu âm, cảm biến có thời gian phản hồi nhanh,

độ chính xác cao, phù hợp cho các ứng dụng phát hiện vật cản, đo khoảng cách bằng sóng siêu âm [4]

Hình 2.3: Cảm biến siêu âm HY - SRF05 [4]

Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật cảm biến siêu âm HY - SRF05 [4]

Khoảng cách phát hiện 2em —- 450cm

Độ chính xác Độ chính xác cao lên đên 0.3cm

Chân VCC Chân cấp nguồn 5V

Chân OƯT Thường ít sử dụng

Chân GND Chân cấp nguồn GND (mass)

Nguyên lý hoạt động: Để đo khoảng cách, các bạn phát một xung ngắn (5 microSeconds) tir chan TRIG Sau d6 cam biến sẽ tạo ra một xung HIGH phan xa 6 chân này Chiêu rộng của xung sẽ băng với thời gian sóng siêu âm được phát từ cảm biến quay trở lại Tốc độ tương đương 29.412 microSeconds/em (1 000 000/

(340*100)) Khi tính được thời gian ta chia cho 29.412 đề lấy khoảng cách [4]

output Hình 2.4: Tín hiệu xung cảm biến siêu âm [4]

Chức năng để xác định khoảng cách từ xe đến vật cản gửi về Arduino xử lí

2.1.4 Module điều khiển động co L298N

Hình 2.5: Module điều khiên động cơ L298N [5]

L298N là module điều khiến động cơ trong các xe DC và động cơ bước

Module có một IC điều khiến động cơ L298 và một bộ điều chỉnh điện áp 5V 78M05

Module L298N có thể điều khiến tối đa 4 động cơ DC hoặc 2 động cơ DC với khả

năng điều khiển hướng và tốc độ

Module điều khiến động cơ L298N có IC điều khiển động cơ L298, Bộ điều chỉnh

điện áp 78M05, điện trở, tụ điện, LED nguồn, jumper 5V tích hợp

Bộ điều chỉnh điện áp 78M05 chỉ được bật khi đặt jumper Khi nguồn điện nhỏ

hơn hoặc bằng 12V thì mạch bên trong sẽ được cấp nguồn bởi bộ điều chỉnh điện áp

và chân 5V có thê sử dụng như một chân đầu ra để cấp nguồn cho vi điều

khiển Không nên đặt jumper khi nguồn điện lớn hơn 12V và chân 5V phải được cấp

riêng bằng nguồn 5V cho mạch bên trong [5]

Chân ENA & ENB là chân điều khiến tốc độ cho Động cơ A và Động cơ B trong khi INI & IN2 và IN3 & IN4 là chân điều khiến hướng quay cho Động cơ A và

Động cơ B

Hình 2.7: Tín hiệu điều khiến động cơ PWMI [5]