Bài tập lớn vi Điều khiển Để tài chế tạo xe tự hành và xe Điều khiển có cánh tay robot tên nhóm robocar kga

Bản báocáo này trình bày kết quả nghiên cGu công nghệ không dây Bluetooth của các thiết bịđiện tử chạy trên nền hệ điều hành Android, Gng dụng vào thiết kế mô hình xe điều khiển từ các t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

VIỆT HÀNKHOA KHOA HỌC MÁY TÍNH

-🙞🙜🕮🙞🙜

-BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN

ĐỂ TÀI: CHẾ TẠO XE TỰ HÀNH VÀ XE ĐIỀU KHIỂN CÓ CÁNH TAY

ROBOT TÊN NHÓM: ROBOCAR KGA

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN MẠNH HÙNG

NGUYỄN NGỌC AN

LÊ THỊ ÁNH LY PHẠM THỊ THANH LOAN PHAN TRUNG HIẾU PHAN THANH HIẾU TRẦN TRỌNG TẤN

VÕ NHÂN QUÝ

Giáo viên hướng dẫn: Th.S TRẦN THỊ TRÀ VINH

Đà Nẵng, tháng 04 năm 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN

THÔNG VIỆT HÀN KHOA KHOA HỌC MÁY TÍNH

-🙞🙜🕮🙞🙜

-BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN

ĐỀ TÀI: CHẾ TẠO XE TỰ HÀNH VÀ XE ĐIỀU KHIỂN CÓ

CÁNH TAY ROBOT TÊN NHÓM: ROBOCAR KGA

Giáo viên hướng dẫn: Th.S TRẦN THỊ TRÀ VINH

Đà Nẵng, tháng 04 năm 2023

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các bạn đã dành thời gian giúp đỡchúng em trong quá trình thực hiện đồ án này Đặc biệt, chúng em xin chân thành cảm ơnthầy ThS Trần Thị Trà Vinh là người đồng ý hướng dẫn trực tiếp cho đề tài của chúng

em Là người tận tình giúp đỡ chúng em về thông tin của đồ án Nhờ vậy mà chúng em

đã hoàn chỉnh được đồ án của mình và quan trọng hơn hết là chúng em đã tiếp thu đượcnhững kinh nghiệm trong suốt quá trình thực hiện đồ án

Tuy nhiên, vì đây là lần đầu chúng em thực hiê Cn mô Ct dự án cho bản thân mă Cc dE đãtìm tFi nghiên cGu nhưng không tránh khHi những thiếu sIt Chúng em rJt mong nhâ Cnđược sự thông cảm và gIp ý của thầy cô

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

LỜI NHẬN XÉT

(Giảng viên hướng dẫn)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 3

LỜI NHẬN XÉT 4

DANH MỤC HÌNH ẢNH 6

MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN 8

1 Các phần mềm hỗ trợ thiết kế 8

1.1 Phần mềm Proteus 8

1.1.1 Ưu điểm 8

1.1.2 Nhược điểm 9

1.2 Phần mềm Arduino IDE 9

2 Các công nghệ hỗ trợ 11

2.1 Bluetooth 11

2.2 Cảm biến vật cản siêu âm 12

2.2.1 Khái niệm 12

2.2.2 Nguyên lý hoạt động 12

2.2.3 Ưu điểm 13

2.2.4 Nhược điểm 14

2.2.5 Ứng dụng 14

3 Ứng dụng 14

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG 16

1 Xe điều khiển cI cánh tay Robot 16

1.1 Trình bày sơ đồ khối và chGc năng các khối 16

1.2 Sơ đồ kết nối 17

1.3 ChGc năng và nguyên lí hoạt động các linh kiện 17

1.4 Lưu đồ hoạt động 24

2 Xe dF line 25

2.1 Trình bày sơ đồ khối và chGc năng các khối 25

2.2 Sơ đồ kết nối 25

2.3 ChGc năng và nguyên lí hoạt động các linh kiện 25

2.4 Lưu đồ hoạt động 31

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 32

1 Xe điều khiển cI cánh tay Robot 32

2 Xe dF line 33

CHƯƠNG 4 KIẾN NGHỊ 35

1 Hạn chế 35

2 Kiến nghị 35

KẾT LUẬN 36

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 - Sơ đồ khối của xe điều khiển có cánh tay robot

Hình 2.2 - Sơ đồ kết nối của xe điều khiển có cánh tay robot

Hình 2.3 - Dây nối mạch các thiết bị linh kiện điện tử

Hình 2.4 - Module điều khiển động cơ L298N

Hình 2.14 - Lưu đồ hoạt động xe điều khiển có cánh tay Robot

Hình 2.15 - Sơ đồ khối của xe tự điều hành tránh chướng ngại vật Hình 2.16 - Sơ đồ kết nối của xe tự điều hành tránh chướng ngại vật Hình 2.17 - Khung xe 3 bánh + 2 động cơ

Hình 2.18 - Cảm biến tiệm cận hồng ngoại phát hiện vật cản Hình 2.19 - Công tắc On - Off

Hình 4.2 – Hình ảnh chụp mặt trước xe dò line

MỞ ĐẦU

Trong những năm qua, khoa học máy tính và xử lý thông tin cI những bước tiếnvượt bậc và ngày càng cI những đIng gIp to lớn vào cuộc cách mạng khoa học kỹ thuậthiện đại Đặc biệt sự ra đời và phát triển nhanh chIng của kỹ thuật số làm cho ngành điện

tử trở nên phong phú và đa dạng hơn NI gIp phần rJt lớn trong việc đưa kỹ thuật hiệnđại thâm nhập rộng rãi vào mọi lĩnh vực của hoạt động sản xuJt, kinh tế và đời sống xãhội Từ những hệ thống máy tính lớn đến những hệ thống máy tính cá nhân, từ nhữngviệc điều khiển các máy công nghiệp đến các thiết bị phục vụ đời sống hằng ngày củacon người Trong các hệ thống đI, việc trao đổi thông tin là vô cEng quan trọng Bản báocáo này trình bày kết quả nghiên cGu công nghệ không dây Bluetooth của các thiết bịđiện tử chạy trên nền hệ điều hành Android, Gng dụng vào thiết kế mô hình xe điều khiển

từ các thiết bị Android qua kết nối không dây Bluetooth và xe tự tránh vật cản trong kỹnguyên xe tự động hiện nay

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN

1 Các phần mềm hỗ trợ thiết kế

1.1 Phần mềm Proteus

 Phần mềm Proteus cho phép mô phHng hoạt động của mạch điện tử bao gồmphần thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi điều khiểnnhư MCS-51, PIC, AVR, … Proteus là phần mềm mô phHng mạch điện tửcủa Labcenter Electronics, mô phHng cho hầu hết các linh kiện điện tử thôngdụng, đặc biệt hỗ trợ cho cả các MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola

 Phần mềm bao gồm 2 chương trình: ISIS (Intelligent Schematic InputSystem) cho phép mô phHng mạch và ARES (Advanced Routing and EditingSoftware) dEng để vẽ mạch in.

1.1.1 Ưu điểm

 Dễ dạng tạo ra một sơ đồ nguyên lý từ đơn giản đến phGc tạp

 Dễ dàng chỉnh sửa các đặc tính của linh kiện trên sơ đồ nguyên lý

 Hỗ trợ kiểm tra lỗi thiết kế trên sơ đồ nguyên lý CI thể xem và lưu lại phầnbáo lỗi

 Phần mềm chạy mô phHng và phân tích các tính chJt của một mạch điện mộtcách chính xác

 Proteus cung cJp cho người sử dụng công cụ biên dịch cho các họ vi xử lýnhư MSC51, AVR, HC11, …qua đI tạo ra các tập tin hex dEng để nạp cho

vi xử lý và tập tin dsi dEng để xem và chạy kiểm tra từng bước trong quátrình mô phHng.

 Phần mềm cung cJp rJt nhiều mô hình linh kiện cI chGc năng mô phHng, từcác vi điều khiển thông dụng đến các link kiện ngoại vi như LED, LCD,Keypad, cổng RS232… cho phép người sử dụng mô phHng từ một hệ vi điềukhiển hoàn chỉnh đến việc xây dựng phần mềm cho hệ thống đáp Gng cácgiao thGc vật lý Ngoài ra, Proteus cFn cho phép bạn tự tạo link kiện tươngtác động do đI bạn cI thể thực hiện các mô phHng cI tương tác giống nhưhoạt động của một mạch thật

1.1.2 Nhược điểm

 Phần vẽ mạch cI giao diện không được đẹp và hJp dẫn

1.2 Phần mềm Arduino IDE

 Arduino IDE là một phần mềm mã nguồn mở chủ yếu được sử dụng để viết

và biên dịch mã vào module Arduino

 Đây là một phần mềm Arduino chính thGc, giúp cho việc biên dịch mã trởnên dễ dàng mà ngay cả một người bình thường không cI kiến thGc kỹ thuậtcũng cI thể làm được

 NI cI các phiên bản cho các hệ điều hành như MAC, Windows, Linux vàchạy trên nền tảng Java đi kèm với các chGc năng và lệnh cI sẵn đIng vai trFquan trọng để gỡ lỗi, chỉnh sửa và biên dịch mã trong môi trường

 CI rJt nhiều các module Arduino như Arduino Uno,Arduino Mega, ArduinoLeonardo, Arduino Micro và nhiều module khác

 Mỗi module chGa một bộ vi điều khiển trên bo mạch được lập trình và chJpnhận thông tin dưới dạng mã

 Mã chính, cFn được gọi là sketch, được tạo trên nền tảng IDE sẽ tạo ra mộtfile Hex, sau đI được chuyển và tải lên trong bộ điều khiển trên bo

 Môi trường IDE chủ yếu chGa hai phần cơ bản: Trình chỉnh sửa và Trìnhbiên dịch, phần đầu sử dụng để viết mã được yêu cầu và phần sau được sửdụng để biên dịch và tải mã lên module Arduino

 Môi trường này hỗ trợ cả ngôn ngữ C và C ++

 Khi người dEng viết mã và biên dịch, IDE sẽ tạo file Hex cho mã File Hex

là các file thập phân Hexa được Arduino hiểu và sau đI được gửi đến bomạch bằng cáp USB Mỗi bo Arduino đều được tích hợp một bộ vi điềukhiển, bộ vi điều khiển sẽ nhận file hex và chạy theo mã được viết

2 Các công nghệ hỗ trợ

2.1 Bluetooth

 Bluetooth là một công nghệ cho phép truyền thông giữa các thiết bị với nhau

mà không cần dây dẫn NI là một chuẩn điện tử, điều đI cI nghĩa là các hemsản xuJt muốn cI đặc tính này trong sản phẩm thì họ phải tuân theo các yêucầu của chuẩn này cho sản phẩm của mình Những tiêu chuẩn kỹ thuật nàyđảm bảo cho các phần lớn các nhà máy đều sản xuJt các thiết bị cI sử dụngcông nghệ Bluetooth Các thiết bị này gồm cI điện thoại di động, máy tính

và thiết bị hỗ trợ cá nhân PDA(ProsonalDigital Assistant) Công nghệBluetooth là một công nghệ dựa trên tần số vô tuyến và bJt cG một thiết bịnào cI tích hợp bên trong công nghệ này đều cI thể truyền thông với cácthiết bị khác với một khoảng cách nhJt định về cự ly để đảm bảo công suJtcho việc phát và nhận hem Công nghệ này thường được sử dụng để truyềnthông giữa hai loại thiết bị khác nhau Ví dụ: Bạn cI thể hoạt động trên máytính với một bàn phím không dây, sử dụng bộ tai nghe không dây để nIichuyện trên điện di động của bạn hoặc bổ sung hem một cuộc hẹn vào lịchbiểu PDA của một người bạn từ PDA của bạn

2.1.1 Ưu điểm

 Tiêu thụ năng lượng thJp

 Cho phép Gng dụng được nhiều loại thiết bị bao gồm các thiết bị cầm tay vàđiện thoại di động

 Giá thành ngày một giảm

 Khoảng cách giao tiếp cho phép giữa hai thiết bị kết nối cI thể lên đến 100m

 Bluetooth sử dụng băng tần 2.4GHz, tốc độ truyền dữ liệu cI thể đạt tới mGctới đa 1Mbps mà các thiết bị không cần phải trực tiếp thJy nhau

 Dễ dàng trong việc phát triển Gng dụng: Bluetooth kết nối một Gng dụng nàyvới một Gng dụng khác thông qua chuẩn Bluetooth, do đI cI thể độc lập vềphần cGng cũng như hệ điều hành sử dụng

 Tính tương thích cao, được nhiều nhà sản xuJt phần cGng cũng như phầnmềm hỗ trợ

2.1.2 Nhược điểm

 Khoảng cách kết nối cFn ngắn so với công nghệ mạng không dây khác

 Chỉ kết nối được hai thiết bị với nhau, không kết nối thành mạng

2.1.3 Hoạt động

 Bluetooth là chuẩn kết nối không dây tầm ngắn, thiết kế cho các kết nối thiết

bị cá nhân hay mạng cục bộ nhH trong phạm vi băng tần từ 2.4GHz đến2.485GHz Bluetooth được thiết kế hoạt động trên 79 tần số đơn lẻ Khi kếtnối, nI sẽ tự động tìm ra tần số tương thích để di chuyển đến thiết bị cần kếtnối trong khu vực nhằm đảm bảo sự liên tục

2 2 Cảm biến vật cản siêu âm

2.2.1 Khái niệm

 Cảm biến siêu âm là một thiết bị cảm biến hoạt động dựa trên sIng siêu âm.Cũng giống như các loại cảm biến áp suJt hay cảm biến nhiệt độ, cảm biếnsiêu âm được dEng chủ yếu là để đo khoảng cách hoặc vận tốc Ngoài ra thìcFn được sử dụng trong các Gng dụng như làm sạch bằng sIng siêu âm hoặcdEng trong siêu âm y khoa

 Siêu âm là một loại âm thanh cI tần số cao hơn tần số mà tai người cI thểnghe được Trung bình tần số của siêu âm rơi vào khoảng 20kHz trở lên

2.2.2 Nguyên lý hoạt động

 Để giải thích về nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu âm, mình sẽ lJy ví

dụ ở các loại động vật như dơi hoặc cá heo

 CI thể bạn chưa biết, dơi là loài vật cI khả năng phát và cảm nhận được sIngsiêu âm Bởi vì dơi là loài động vật hoạt động về đêm nên thị giác của nIkhông phát triển Để tránh bị va chạm khi bay vào ban đêm, dơi sẽ phát racác loại sIng siêu âm khi bay để định vị hướng Khi sIng siêu âm gặp vậtcản sẽ phản xạ lại, dơi nhận các sIng phản xạ này lại để biết là phía trước cIvật cản và đổi hướng

 Và loại cảm biến siêu âm cũng hoạt động dựa trên nguyên tắc tương tự nhưvậy.

 Đầu tiên, đầu cảm biến sẽ phát ra 1 chEm sIng siêu âm xuống bề mặt cần đokhoảng cách Khi sIng siêu âm gặp bề mặt vật cản sẽ phản xạ ngược lại Khi

đI cảm biến sẽ thu lại các chEm sIng siêu âm này

 Dựa vào thời gian phản xạ và vận tốc của sIng, cảm biến sẽ tính ra đượckhoảng cách từ cảm biến xuống bề mặt chJt lHng

2.2.3 Ưu điểm

 Sử dụng sIng siêu âm nên cI thể đo khoảng cách mà khôngcần tiếp xúc với vật chJt cần đo Vì thế, cảm biến siêu âmthường được dEng để đo mGc chJt lHng cI độ ăn mFn cao nhưacid hoặc xăng, dầu, …

 SIng siêu âm là một loại âm thanh cI tần số cao nên độ nhạycủa cảm biến rJt cao, thời gian đáp Gng nhanh

 Độ chính xác của cảm biến siêu âm gần như là tuyệt đối, sai

số trung bình khoảng 0,15% đối với khoảng cách 2m trở lại

2.2.4 Nhược điểm

 Cảm biến siêu âm chịu ảnh hưởng nhiều bởi nhiệt độ và ápsuJt Vì thế nI chỉ hoạt động tốt nhJt ở môi trường cI nhiệt

độ từ 60 độ C trở xuống và áp suJt khoảng 1 bar trở lại

 Các loại cảm biến siêu âm đo mGc chJt lHng cI chi phí đầu tưban đầu là khá cao so với các loại cảm biến đo mGc chJt lHngkhác

 Một nhược điểm khác là cảm biến siêu âm rJt dễ bị nhiễu tínhiệu nên khi lắp đặt, bạn cần phải lắp theo đúng hướng dẫncủa nhà sản xuJt

2.2.5 Ứng dụng

 Cảm biến siêu âm phát hiện vật cản

 Cảm biến siêu âm công nghiệp

 Cảm biến siêu âm đo mực nước

 AGV – Robot vận chuyển hàng hIa trong công nghiệp:

 Là Gng dụng thực tiễn được sử dụng rJt nhiều trong các nhà máy AGV cInhiệm vụ vận chuyển hàng hIa nhanh chIng từ công đoạn này đến côngđoạn khác Với khả năng tìm đường và tránh vật cản AGV sẽ thực hiện

nhiệm vụ chính xác và an toàn Việc sử dụng AGV cũng sẽ tăng tính đồng

bộ, tăng năng suJt lao động cho các doanh nghiệp

 Cánh tay robot được Gng dụng trong các nhà máy:

 Công nghiệp đúc: Arm robot làm nhiệm vụ rIt kim loại nIng chảy vàokhuôn, cắt mép thừa, làm sạch vật đúc hoặc làm tăng bền vật đúc bằng cáchphun cát

 Ngành gia công áp lực: các quá trình hàn và nhiệt luyện thường bao gồmnhiều công việc độc hại và ở nhiệt độ cao, điều kiện làm việc khá nặng nề, dễgây mệt mHi nhJt là ở trong các phân xưởng rèn dập

 Ngành gia công và lắp ráp: Arm robot thường được sử dụng vào những việcnhư tháo lắp phôi và sản phẩm cho các máy ra công bánh răng, máy khoan,máy tiện bán tự động

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG

1 Xe điều khiển có cánh tay Robot

1.1 Trình bày sơ đồ khối và chức năng các khối

Hình 2.1 - Sơ đồ khối của xe điều khiển có cánh tay robot

1.2 Sơ đồ kết nối

Hình 2.2 - Sơ đồ kết nối của xe điều khiển có cánh tay robot

1.3 Chức năng và nguyên lí hoạt động các linh kiện

1.3.1 Dây nối mạch

 Là dây kết nối các loại cảm biến, module, các mạch PCB với nhau

 Kết nối các kit điều khiển với cảm biến thông qua board test rJt tiện lợi, dễ

sử dụng, tái sử dụng được nhiều lần

Hình 2.3 - Dây nối mạch các thiết bị linh kiện điện tử

1.3.2 Module điều khiển động cơ L298N.

 L298 là trình điều khiển động cơ H-Bridge kép cho phép điều khiểntốc độ và hướng của hai động cơ DC cEng một lúc Mô-đun cI thểđiều khiển động cơ DC cI điện áp trong khoảng từ 5 đến 35V, vớidFng điện cực đại lên đến 2A

Hình 2.4 - Module điều khiển động cơ L298N

1.3.3 Module giảm áp LM2596

 Mạch Giảm Áp LM2596 là module giảm áp cI khả năng điều chỉnh đượcdFng ra đến 3A LM2596 là IC nguồn tích hợp đầy đủ bên trong TGc là khicJp nguồn 9v vào module, sau khi giảm áp ta cI thể lJp được nguồn 3A <9v như 5V hay 3.3V

Hình 2.5 - Module giảm áp LM2596

1.3.4 Arduino Uno R3

 Arduino UNO R3 là kit Arduino UNO thế hệ thG 3, với khả năng lập trìnhcho các Gng dụng điều khiển phGc tạp do được trang bị cJu hình mạng chocác loại bộ nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đI

cI nhiều ngõ cI khả năng xuJt tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog

và các chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI, TWI ( I2C)

Hình 2.6 - Arduino Uno R3

1.3.5 Module Bluetooth HC-05

 Module thu phát Bluetooth HC-05 dEng để thiết lập kết nối Serial giữa 2thiết bị bằng sIng bluetooth Điểm đặc biệt của module bluetooth HC-05 làmodule cI thể hoạt động được ở 2 chế độ: MASTER hoặc SLAVE Trongkhi đI, bluetooth module HC-06 chỉ hoạt động ở chế độ SLAVE

Hình 2.7 - Module Bluetooth HC-05

1.3.6 Công tắc On-Off

 CI chGc năng điều khiển từ xa các thiết bị khác giúp hoạt động của các thiết bị vận hành tốt hơn, giúp ích cho người tiêu dEng trong nhiều công việc

 Thường được đưa vào các tủ điện để điều chỉnh hoạt động của các thiết bị điện một cách ổn định nhJt, tránh cháy nổ hHng mạch, chống quá tải

Hình 2.8 - Công tắc On-Off

1.3.7 Cánh tay Robot

 CI chGc năng tự động hIa quá trình bốc, nâng vật thông qua động cơ ServoSG90 được điều khiển bởi Arduino Uno R3