Chuyên Đề 2 xe tự hành xe tự hành tránh vật cản

Day La một robot di chuyền tự động từ địa điểm nay đến địa điểm khác theo các đường đánh dấu, dây trên sản nhà, hoặc sử dụng sóng radio, camera dẫn hướng, nam châm, hoặc laser để điều hư

TRUONG DAI HOC CONG NGHE THONG TIN VA TRUYEN THONG

XE TU HANH TRANH VAT CAN

NGUYEN THI THANH TRUC 20SE5

Giáo viên hướng dẫn: ThS NGUYÊN VĂN THỌ

Đà Nẵng, tháng 05 năm 2023

TRUONG DAI HOC CONG NGHE THONG TIN VA TRUYEN THONG

VIET HAN

KHOA KHOA HOC MAY TINH

VKU

CHUYEN DE 2: XE TU HANH

XE TU HANH TRANH VAT CAN

NGUYEN THI THANH TRUC 20SE5

Giáo viên hướng dẫn: THS NGUYÊN VĂN THỌ

Đà Nẵng, tháng 05 năm 2023

LOI CAM ON

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô khoa Khoa học máy tính và các bạn

đã dành thời gian giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện đồ án chuyên đề này Đặc biệt, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy ThS Nguyễn Văn Thọ là người đồng ý hướng dẫn trực tiếp cho dé tai của chúng em Là người tận tinh piúp đỡ chúng em về thông tin của đỗ 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 được những kinh nghiệm trong suốt quá trình thực hiện đồ án môn học

Tuy chúng em đã chuẩn bị bản báo cáo rất tỉ mỉ nhưng chắc chắn sẽ không thể tránh được những thiếu sót Chúng em rất mong nhâñ/được sự thông cảm và góp ý của thầy cô

Ching em xin chan thành cảm ơn Í

LOI NHAN XET ooo cccccsscesssesseeseessressecssesaresseseseraretsestitaretesessessretarerssanetarenseeseete I LOI CAM ON ceccccccccessessessesesesterectstesssretietinsitsreatetictiessttaserestittsetaresietiessetaneeeses Il MỤC LỤC 2.552 212122122212 11121122112112111211221122112112121212212 rau II DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TÁC 2-2212212212212212212212212ee Vv DANH MỤC HÌNH ẢNH 52-222 212221271127122111112112211122212212 yeu VỊ

MỞ ĐẦU 55 222122112212 1121121122121 re 1 CHUGONG 1 TONG QUAN XE TU HANH cccccccccsecsessesscssesessssesstsersevssevsnseses 3 1.1 Giới thiệu về xe ty hanhe ccc cceee cess eseesesseesscsetsseseresteseesseseeasetees 3 LLL Khai iQ ccccccscesseesessnessessresssessesssesssesetsssessesseseseseensetsetees 3

1.1.3 Cách thức hoạt động L2 2 2111211221211 11111111111 1111 12212 1 re 3 1.2 — Giới thiệu về Arduino 5 2222 22122127122122112712112111112 22 re 5 1.2.1 Giới thiệu Ặ.522-25221222122212711211221221.2122221212221 1 xe 5 1.2.2 Thông số kí thuật 2-51 S 192121152121121211112112111221 1121 1e 5 In cecccccccccccesessscececessessscececessessseseecesssssseecssesssseseseesessseseseses 6 1.2.3 Bộ nhớ 5-22 2122112112212 re 7 1.2.4 Các chân đầu vào và đầu ra 2-22 2222122112212212711 1211122 xe 7 1.3 Cách cài IDE cho Ardu1no 2 Q2 2111212111 11211 1111211 1111121111 key 8

14 Cach cai phan mém Proteus 0 c.ccccccccsccceecsessssessesseseesscseessesessessesseseseeseeess 8 LAL GiGi thiuc ccc cccccccecceessesssesseesssssesseetsnesressestiesessessessisateesiteetsetees 8 V4.2 Đặc điểm 52 2S 21 2212112112112 122tr 9 1.4.3 Cách cài Profeus L c2 H12 1H n HH 5H12 kg 1521111 cc6 9 1.4.4 Các bước sử dụng ProteUs - c1 0112111211211 111 1112811122112 x cay 10

1.5.1 Mạch công suất cầu H 1 T1 S 1112111111111 11 1 E51 1H re 10 1.5.2 Cảm biến siêu âm 5-2222 211211211211221111211211111111111111 21m te ll

1.5.3) DOng CO DC cect ene teenee eens eeneecaeeesieeecnsieeeeeeniseeeeenieeeeeee 14

1.5.4 Cac thiét bi Kha ce cccecesessessesstessesresitsitesstesesietinsresseseseeseens 15 CHUONG2 THIET KE XE TU HANH TRÀNH VẬT CẢN c.sce: 16 2.1 CẤu tẠO X€ 00.22220222 0222222122112 rereg 16 2.1.1 7 Mạch Q.00 000k tk TH n HT tt 111111111115 1555114 16 2.1.2 Cảm biến 5 21 21 22122112112112111212112112121201 1212210 ru 16

2.2.1 Lưu đồ thuật toán - 22222 2121122121121127121121121112111212 2e 16 2.2.2 COdG ec ecccecccscsecsessresseesiessresseesiesiressiessesisessetitaretteetitsaresecsiesstaeaseete 19 CHƯƠNG3_ KẾT QUÁ ĐẠT ĐƯỢC - S21 2E22221121211.11 E1 29

3.2 _ Thửnghiệm 2222222221 2122212111221 rree 30 KẾT LUẬN - 2-2222 22222112212221221 1122112121121 31 TAI LIEU THAM KHAO ccccecccsssesseessesssessesscseressestinsaretevessisaretarsietansreniesseees 32

IV

DANH MUC KY HIEU, CAC TU VIET TAC

Cơ sỡ dữ lì Visual Studio Code

DANH MUC HINH A

Hinh 1: Ardutno UNO 5 Hirh 2 Powers 6

Hình 3: Chân đầu vào va chan dau 1a eccccsscssecesseeseescsseesnsenneesees 7

Hinh 4 Mach L298N 0 cece cccccennenscecccsenteseceesenttsseeeeeetteenentneses 10

Hình 5 Cảm biến HC-SR04 2-2252 2221221122212 re 12

Hinh 6 Nguyên lý hoạt động của cảm biến ST n1 HE TH nga Hey 12 Hình 7 Xung âm thanh được tạo ra từ SRE04 2 ca 13 Hình § Xung âm thanh được tạo ra từ SRE04 2 co enneese 13

2 Muc tiêu

3 Phương thức HghiÊH cứu

e Tìm hiểu tông quan về lý thuyết của đề tai

e© Đọc hiểu các tài liệu liên quan đến đề tài

e©_ Thảo luận nhóm dé thống nhất ý kiến

Chương 3 Kế: qua dat duoc

Cuối củng là Kết luận và Phụ lục liên quan đến đề tài

Chương 1: Tổng quan về đề tai

1.1 Giới thiệu vềxe tự hành

1.1.1 Khai niém

Xe tự hành hay còn gọi là AGV (tiéng anh la Automated Guided Vehicle) Day La một robot di chuyền tự động từ địa điểm nay đến địa điểm khác theo các đường đánh dấu, dây trên sản nhà, hoặc sử dụng sóng radio, camera dẫn hướng, nam châm, hoặc laser để điều hướng

1.1.2 Chức năng

Xe tự hành được sử dụng đề vận chuyên hàng hóa, nguyên liệu thô, thành pham hoặc bắt cứ thứ gì mà con người can hé trợ di chuyền Bên cạnh đó xe tự hành được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau đề hỗ trợ xử lý trong toàn bộ khu vực hoạt động trong nhà máy, nhà hàng, bệnh viện cụ thê như sau:

e- Đối với lắp ráp: xe tự hành đề di chuyên nguyên liệu, thành phẩm qua các quy trình sản xuất

e©_ Đối với vận chuyền: xe tự hành dùng để tải pallet và các bộ phận tích hợp bánh xe

e - Đối với giai đoạn: xe tự hành cung cấp pallet cho quy trình sản xuất e- Đối với lưu kho: xe tự hàng giúp di chuyên sản phẩm từ vị trí nhận hàng tới kho hoặc xe vận chuyền

e©- Đối với chọn đơn hàng: xe tự hành dùng đề di chuyên và đặt hàng đến khu vực xếp hàng bằng xe kéo đề phân phối và vận chuyên tới vị trí đóng gói 1.1.3 Cách thức hoạt động

Xe tự hành hoạt động bằng cách sử dụng một số phương pháp khác nhau, nhưng tuân theo cùng một nguyên tắc cơ bản đề hoạt động đó là xe ổi theo một con đường và một cảm biến đưa ra phản hồi cho hệ thống điều khiên chỉ tiết như sau:

- Định tuyến dựa trên dây:

Xe tự hành đi đúng hướng là nhờ đặt một sợi dây trong nền bê tông đề phát ra tín hiệu võ tuyến cho xe chạy theo Một rãnh nông được cắt dọc theo con đường dự định trong nhà kho nơi xe dự định hoạt động Một dây có khả năng tạo ra tín hiệu cho AGV di

Chương 1: Tổng quan về đề tai

theo được nhúng vào sản Sau khi xác định được đường đi, một cảm biến trên xe sẽ được

sử dụng đề phát hiện tín hiệu truyền từ dây Đây là một hệ thông đơn giản nhưng không

dễ thay đổi một khi đường dẫn đã được thiết lập bởi vì dây được gan cô định trong sản

- Định tuyến dựa trên băng từ:

Xe tự hành có một cảm biến đi theo một đường dẫn được làm bằng băng từ Băng từ

có thê có màu hoặc từ tính Mỗi biến thể đều có loại hệ thống cảm biến néng và chúng không thể thay thế cho nhau AGV cảm biến băng từ sử dụng một cảm biến phát hiện các biến thể màu sắc trên sàn nhà Vì băng từ có màu khác với phần còn lại của sàn nên nó có thể cảm nhận được sự khác biệt và điều chỉnh đường ổi của nó cho phù hợp

- Hướng dẫn thị giác:

Hệ thống hướng dẫn thị giác sử dụng thị giác máy tính để giải thích môi trường xung quanh xe tự hành Nó tạo ra khả năng không giới hạn số lượng đường dẫn, tăng hiệu quả và tiết kiệm thời gian giữa các tác vụ Hệ thống định hướng thị giác không cần thay đôi cơ sở hạ tầng của nhà máy Nó ghi lại các đặc điểm trong môi trường của nó và

sử dụng thông tin đó để giải thích môi trường xung quanh nó Mặc dù hệ thống thị giác

phức tạp hơn nhưng nó giúp tiết kiệm một số chỉ phí vì không cần thay đôi thêm dé no

Chương 1: Tổng quan về đề tai

1.2 Giới thiệu về Arduino

12.1 Giới thiệu

Arduino Uno la mot bang mach vị điêu khiên nguồn mở dựa trên vị điêu khiên

Microchip ATmega328 duge phat triển bởi Arduino.cc Bảng mạch được trang bi các bộ chan dau vao/ dau ra Digital va Analog có thê ø1ao tiếp với các bảng mạch mở rộng khác nhau Mạch Arduino Uno thích hợp cho những bạn mới tiếp cận và đam mê về điện tử, lập trình Dựa trên nền tảng mở do Arduino.cc cung cấp các bạn đễ dàng xây dựng cho mình một dự án nhanh nhất ( lập trình Robot, xe tự hành, điều khiên bật tắt led )

Hinh 1.2.2 Thông số kí thuật

Điện áp đâêu vào(khuyên dùng) 7-12V

Điện áp đâêu vào (giới hạn) 6-20V

output)

Dong dién DC trén mdi chan I/O 20 mA

Dòng điện DC trên chân 3.3V 50 mA

Chương 1: Tổng quan về đề tai

OO mu B

CS c=

Hinh 2 Power

e LED: Co 1 LED duoc tích hợp trên bang mach va duoc nddi vao chan D13

Khi chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tăôt khi Ở mức

thddp (LOW)

e VIN: Chân này dùng để câôp nguồên ngoài (điện áp câôp từ 7-12VDC) e©_ 5V: Điện áp ra 5V (dòng điện trên mối chân này tóôi đa là 500mA)

e_ 3V3: Điện áp ra 3.3V (dòng điện trên mối chân này tôôi đa là 50mA)

¢ GND: La chan mang điện cực âm trên board

e _ IOREF: Điệp áp hoạt động của vi điềêu khiển trên Arduino ƯNO và có thể

đọc điện áp trên chân IOREF Chân IOREF không dùng để làm chân cáôp nguồền

Chương 1: Tổng quan về đề tai

123 Bộ nhớ

Vi diééu khién ATmega328:

® 32 KB bộ nhớ Plash: trong đó bootloader chié6m 0.5KB

® 2 KB cho SRAM: (Static Random Access Menory): giá tr] các biềôn khai báo

sẽ được lưu Ở đây Khai báo càng nhiềêu biềôn thì càng tôôn nhiềều bộ nhớ RAM Khi mđôt nguóên dữ liệu trên SRAM sẽ bị mđôt

¢ 1KBcho EEPROM: (Electrically Eraseble Programmable Read Only

Memory): Là nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây và không bị máôt dữ liệu khi mđót nguồền

1.2.4 Các chân đầu vào và đẩu ra

va ddéu ra va chung str dung cac ham pinMode(), digital Write(), digitalRead() Gia

trị điện áp trên mối chân 1a SV, dong trén mdi chan 1a 20mA va bén trong có điện trở

Chương 1: Tổng quan về đề tai

kéo lên 1a 20-50 ohm Dong tddi đa trên mối chân I/O không vượt quá 40mA để tránh

trường hợp gây hỏng board mạch

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

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

dữ liệu (TX) TTL

© Ngắt ngoài: Chân 2 va 3

¢ PWM: 3, 5, 6,9 va 11 Cung câôp đâêu ra xung PWM với độ phân giải 8 bít

băêng hàm analog Write ()

® SPI: 10 (SS), 11 (MOST), 12 (MISO), 13 (SCK) Các chân này hố trợ giao

tié6p SPI bdéng thu vién SPI

¢ LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nóôi vào chân D13

Khi chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tăôt khi Ở mức

13 > Cach cai IDE cho Arduino

Bước 1: Truy cap https://www.arduino.cc/en/software

Bước 2: Chọn hệ điều hành mà máy tính bạn đang dùng: Windows, Mac OS, Bước 3: Chọn Just Download đề tải trình cải đặt về máy

Bước 4: Chọn ô đĩa bạn muốn tải về và nhắn Save Phần mềm đã được tải về máy bạn!

1.4 Cách cài phần mềm Proteus

14.1 Giới thiệu

Phần mềm vẽ Proteus là phần mềm vẽ mạch điện tử được phát triển bởi công ty Lancenter Electronics Phần mềm có thê mô tả hầu hết các Linh Kiện Điện Tử thông dụng hiện nay, đặc biệt hỗ trợ cho cả các phần mềm như 8051, PIC, Motorola, AVR

Chương 1: Tổng quan về đề tai

Proteus có khả năng mô phỏng hoạt động của các mạch điện tử bao gồm phân thiết

như kế mạch và viết trình điều khiến cho các loại vi điều khiến như MCS-51, AVR,

PIC

Có 2 chương trình trong phần mềm đó là ARES dùng trong vẽ mạch in va ISIS sử dụng cho mô phỏng mạch Trong 2 chương trình nảy thì ISIS có phần nổi bật hơn so với

ARES ISIS da duoc phat trién trong 12 năm và có tới hơn 12000 người dùng trên khắp

thế ĐIỚI ( chắc chắn con số hiện tại đã tăng hơn rất nhiều Điểm nỗi bật của chúng đó là

khả năng mô phỏng hoạt động của các vi điều khiên mà không cần dùng thêm bất kỳ một

phần mềm phụ trợ nào khác Từ phần mềm ISIS có thể dé đàng chuyên sang ARES hoặc bất kỳ phần mềm vẽ mạch in khác

Hình ảnh mạch điện được tạo bởi ISIS rất đẹp và dễ nhìn, chúng cho phép ta tùy chọn các đường nét, các màu sắc mạch điện hoặc các thiết kế theo các templates Ngoài

ra phần mềm mô phỏng mạch của Protues có khả năng sắp xếp các đường mạch và vẽ điểm giao mach ty déng

1.4.2 Đặc điểm

e - Có khả năng mô phỏng hầu hết trình điều khiển cho vi điêâu khiển

« - Chọn đối tượng và thiết lập thông số cho đối tượng đễ dàng

« - Xuấtra file Netlist tương thích với các chương trình làm mạch ¡in thông

dụng

« - Xuất file thống kê linh kiện cho mạch

« ISIS tich hop nhiéu công cụ p1úp cho việc quản lý mạch điện lớn, mạch điện

có thể lên đến hàng ngàn linh kiện phục vụ cho thiết kế mạch chuyên nghiệp

« _ Thiết kế theo cấu trúc (hierachical design)

« - Khả năng tự động đánh số linh kiện

1.4.3 Cach cai Proteus

Bước 1: Khởi động chương trình Proteus Professional

Bước 2: Mở chương trình ISIS Professional

Bước 3: Lấy các linh kiện từ thư viện của Proteus

Bước 4: Đưa linh kiện ra ngoài màn hình thiết kế

Chương 1: Tổng quan về đề tai

Bước 5: Thay đôi thông số kỹ thuật của linh kiện điện tử cho phù hợp

Bước 6: Bồ trí, sắp xếp lại linh kiện cho hợp lý

Bước 7: Nối dây

Bước 8: Kiêm tra sơ đồ mạch nguyên lý

1.44 Các bước sử dung Proteus

Bước 1: Khởi động chương trình Proteus Professional

Bước 2: Mở chương trình ISIS Professional

Bước 3: Lấy tất cả các linh kiện sử dụng từ thư viện của Proteus

Bước 4: Đưa linh kiện ra ngoài màn hình thiết kế

Bước 4: Thay đôi thông số kỹ thuật của linh kiện

Bước 5: Bồ trí, sắp xếp lại linh kiện cho hợp lý

Bước 6: Nối dây

Bước 7: Kiêm tra sơ đồ mạch nguyên lý

1.5 Giới thiệu về phần cứng

1.5.1 Mạch công suất cầu H

Mạch cầu H điều khiến động cơ L298N cho phép bạn kiểm soát tốc độ và hướng của hai động cơ DC ,hoặc kiêm soát một động cơ bước lưỡng cực một cách dễ đàng

Chương 1: Tổng quan về đề tai

- 2V power, 5V power Đây là 2 chân cấp nguôn trực tiếp đến động cơ

- Power GND chân này là GND của nguồn cấp cho Động cơ

- 2 Jump A enable và B enable, đề như hình, Gồm có 4 chân Input IN1, IN2, IN3, IN4 Chức năng các chân này tôi sẽ giải thích ở bước sau Output A: nối với động cơ A bạn chú ý chân +, - Nếu bạn nỗi ngược thì động cơ sẽ chạy ngược Và chú ý nếu bạn nối động cơ bước, bạn phải đấu nối các pha cho phù hợp

Nguyên lí hoạt động:

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

“0” thì mạch cầu H không hoạt động

- Khi ENA =0: Động cơ không quay với mọi đầu vào

- KhiENA =1:

® INTI =1; INT2=0: động cơ quay thuận

® INTI=0; INT2 =1: động cơ quay nghịch

® - INTI =lINT2: động cơ dừng ngay tức thì

Thông số kỹ thuật:

- Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H

- Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V

- Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (=>2A cho mỗi motor)

- Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V

- Dòng của tín hiệu điều khiến: 0 ~ 36mA

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

- Nhiét d6 bao quan: -25 °C ~ +130 °C

1.5.2 Cam bién siéu dm

Cam bién khoảng cách siêu âm HC-SRF04 được sử dụng rất phô biến để xác định khoảng cách vì rẻ và chính xác Cảm biên sử dụng sóng siêu âm và có thê đo khoảng,

Chương 1: Tổng quan về đề tai

cách trong khoảng từ 2 -> 300 cm, với độ chính xác gan như chỉ phụ thuộc vào cách lập trình

Og

Hinh 5 Cam bién HC-SRO4

Cau tao: c6 4 chan Vee, Trig, Echo, GND

Vcc 5V

Echo Mot chan Digital InPut

Hình 6 Nguyên lý hoạt động của cảm biến

Đề đo khoảng cách, ta sẽ phát 1 xung rất ngắn (5 microSeconds ) 12 từ chân Trig Sau đó, cảm biến sẽ tạo ra l xung Hiph ở chân Echo cho đến khi nhận lại được sóng phản

xạ ở pin này Chiều rộng của xung sẽ bằng với thời gian sóng siêu âm được phát từ cảm biển và quay trở lại

Tốc độ của âm thanh trong không khí là 340 m/s (hằng số vật lý), tương đương với 29,412 microSeconds/cm (106 / (340#100)) Khi đã tính được thời gian, ta sẽ chia cho 29.412 đề nhận được khoảng cách

12

Chương 1: Tổng quan về đề tai

Nguyên tắc phát và nhận phản hồi của sóng siêu âm cơ bản của SRF04

Nguyên tắc cơ bản của sonar: là tạo ra một xung âm thanh điện tử và sau đó lắng nehe tiếng vọng tạo ra khi các làn sóng âm thanh số truy cập một đối tượng và được phản

xạ trở lại Đề tính thời gian cho phan hồi trở về, một ước tính chính xác có thê được làm bằng khoảng cách tới đối tượng Xung âm thanh tạo ra bởi SRF04 là siêu âm, nghĩa là nó

là ở trên phạm vi nhận xét của con người Trong khi tần số thấp hơn có thế được sử dụng trong các loại ứng dụng, tần số cao hơn thực hiện tốt hơn cho phạm vi ngắn, nhu cầu độ chính xác cao