Đồ án môn học tên Đề tài robot dò line 3 cảm biến

 Cụ thể, mục tiêu thiết kế robot dò đường có thể bao gồm: a Tích hợp cảm biến: Robot sẽ được trang bị các cảm biến như máy quét laser hoặc camera để phát hiện và theo dõi đường dẫn.. Kh

Trường Đại Học Công Nghệ Sài

Gòn Khoa : Điện-Điện Tử

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Tên đề tài : ROBOT Dò Line 3 cảm biến

Họ Tên Sinh Viên : MAI THẾ VINH

Mã Số Sinh Viên: DH32200243

Lớp:D22-DDT02

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Giáo viên hướng dẫn

Lời Cảm Ơn

Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn thầy Đinh Đỗ Quang 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 nhiều những dự án ngoài đời.

Do khoảng thời gian và kiến thức còn khá hạn hẹp , mặc dù em

đã cố gắng hoàn thành đồ án môn học đúng thời gian 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.

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2024

sinh viên

Mai Thế Vinh

Mục Lục Chương 1 : Giới thiệu chung tổng quan



 1.Mở đầu

1.1: Giới thiệu Robot

1.2: Giới thiệu robot bám đường



 2.Mục tiêu

Chương 2: Thiết bị và linh kiện sử dụng

2.1: Giới thiệu về Arduino UNO

2.2: Thông số và chân năng lượng của Arduino UNO

2.3: Các cổng vào/cổng ra của bo mạch Arduino UNO

2.4: Giới thiệu về Cảm biến hồng ngoại và ứng dụng của cảm biến

2.5: Giới thiệu về module L298N và ứng dụng

A) Đặc điểm và thông số kỹ thuật module L298N

B) module L298N và Sơ Đồ

2.6: Giới thiệu về Động cơ giảm tốc V1 và thông số

Chương 3 : Thiết kế và thi công mô hình

3.1: Lập trình cho Arduino UNO

3.2: Sơ đồ khối của mạch

3.3: Sơ đồ nối dây

3.4: Chương trình (code) Arduino đã viết

Chương 1 : Giới thiệu chung tổng quan



 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 hiệnđại 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

 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 hànhtrình 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 vụphức tạp mà con người không thể hoàn thành một cách hiệu quả Ví dụ, robot phẫu thuật cóthể thực hiện các ca phẫu thuật chính xác hơn và ít xâm lấn hơn đối với bệnh nhân Tronglĩnh vực nông nghiệp, robot có thể tự động thu hoạch cây trồng, giúp tăng năng suất và giảmtác 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

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 chuyểntheo một quỹ đạo cụ thể, robot bám đường có khả năng tự định hướng và tuân theo đường dẫn đãđược định sẵn Dù đó là một đường màu đen trên bề mặt trắng hoặc ngược lại, hoặc thậm chí là mộtđường 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, nhưmáy quét laser hoặc camera, để xác định vị trí và hướng di chuyển Robot sử dụng thuật toán điềukhiển 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 dụngkhác Khả năng tự định hướng và tuân theo đường dẫn của robot bám đường giúp tối ưu hóa hiệusuất 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 thôngminh, 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:

a) Tích hợp cảm biến: Robot sẽ được trang bị các cảm biến như máy quét laser hoặc camera để phát hiện và theo dõi đường dẫn

b) Điều khiển chính xác: Robot phải có khả năng điều chỉnh độ quay của bánh xe hoặc độ nghiêng của bánh răng để duy trì đúng quỹ đạo

c) Tích hợp thuật toán: Sử dụng thuật toán điều khiển để xử lý thông tin từ cảm biến và đưa ra quyếtđịnh di chuyển

d) Thiết kế cơ khí: Xây dựng cấu trúc vật lý của robot, bao gồm bánh xe, khung và các bộ phận khác.e) Kiểm tra và hiệu chỉnh: Robot cần được kiểm tra và hiệu chỉnh để đảm bảo hoạt động ổn định vàchính xác

 Mục tiêu thiết kế robot dò đường là tạo ra một thiết bị thông minh có khả năng tự định hướng và tuântheo đường dẫn đã được định sẵn

Chương 2: Thiết bị và linh kiện sử dụng

2.1 Arduino UNO và vi điều khiển ATmega328 họ 8bit

Arduino UNO là một trong những bo mạch phổ biến nhất trong dòng sản phẩm Arduino Với khảnăng sử dụng các vi điều khiển họ 8-bit AVR như ATmega8, ATmega168 và ATmega328, ArduinoUNO mang lại một loạt các ứng dụng đa dạng và linh hoạt.Thiết kế tiêu chuẩn của Arduino UNO sửdụng vi điều khiển ATmega328(bộ nhớ flash 32KB), một lựa chọn phổ biến và mạnh mẽ Tuynhiên, 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) vớigiá cả phải chăng hơn Việc này giúp tối ưu hóa chi phí mà vẫn đảm bảo tính linh hoạt và khả năngtùy chỉnh của dự án

Bên cạnh việc sử dụng cho board Arduino UNO, các vi điều khiển này cũng có thể được áp dụngtrong các mạch tự chế khác Với việc chỉ cần sử dụng board Arduino UNO 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 Điềunày mở ra nhiều cơ hội cho việc phát triển các ứng dụng và dự án điện tử

Năng lượng :

Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện ápkhuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp línhất nếu không có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, mình sẽlàm hỏng Arduino UNO

2.2 Các Chân Năng Lượng:

 GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng các thiết bị

sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.

 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.

 Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương của nguồn

với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

 IOREF : điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở chân này.

Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ chân này để sửdụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

 RESET : việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương 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:

 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ Flash

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

 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn khai báo khi lập

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

 1KB cho EEPROM (Electrically Êraseble Programmable Read Only Memory): đây

giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn 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

2.3 Các cổng vào/cổng ra :

Arduino UNO 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:

 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL

Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooththường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạnkhông nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị

từ 0 → 2 -1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn có thể8điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V nhưnhững chân khác

 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức năng thông

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

 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy

đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sửdụng, LED sẽ sáng

 Arduino UNO 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, bạn có thể để đưavào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vàochân này thì bạn 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 UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với cácthiết bị khác

2.4 Cảm biến thu phát hồng ngoại:

a) 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

b) 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

 Cảm biến hồng ngoại thụ động: Không tự phát ra tia hồng ngoại mà sẽ tự phát hiện và nhận

tia hồng ngoại từ các vật thể khát

c) Nguyên tắc hoạt động cảm biến hồng ngoại

 Cảm biến hồng ngoại chủ động: Gồm 2 thành phần: nguồn phát hồng ngoại

sử 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.

 Cảm biến hồng ngoại thụ động: Đơn giản là cảm biến nhiệt điện, bộ lọc

hồng ngoại và thấu kính Fresnel để phát hiện ra tia hồng ngoại phát ra từ vật thể.

d) 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 conngười, từ đó tự động điều khiển các thiết bị hoạt động theo như lập trình Các ứng dụng nổi bật củacảm biến hồng ngoại gồm có:

1 Bật tắt đèn tự động

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

2 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 nhậndiện được sẽ kết nối với thiết bị âm thanh phát ra tiếng để báo động chủ nhà để đề phòng và có biệnpháp xử lý

3 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 cửađóng/mở cho phù hợp Bạn có thể thấy rõ nhất ứng dụng này ở các trung tâm thương mại hay vănphòng

4 Giúp truyền lệnh điều khiển

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

5 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 chấthóa 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

dụng trong thiên văn

2.5 Mạch cầu L298N

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 L2985

IN1 & IN2: Các chân đầu vào điều khiển hướng quay động cơ A

IN3 & IN4: Các chân đầu vào điều khiển hướng quay của Động cơ B

OUT1 & OUT2 Chân đầu ra cho động cơ A

OUT3 & OUT4 Chân đầu ra cho Động cơ B

A) Đặc điểm và thông số kỹ thuật module L298N

 Module điều khiển: 2A L298N

 Chip điều khiển: Cặp H-Bridge L298N

 Điện áp cấp cho động cơ (Tối đa): 46V

 Dòng điện cấp động cơ (tối đa): 2A

 Điện áp logic: 5V

 Điện áp hoạt động của IC: 5-35V

 Dòng điện hoạt động IC: 2A

 Dòng logic: 0-36mA

 Công suất tối đa (W): 25W

 Cảm biến dòng điện cho mỗi động cơ

 Có tản nhiệt cho hiệu suất tốt hơn

 Có đèn báo LED bật nguồn

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

Chân ENA & ENB là chân điều khiển tốc độ cho Động cơ A và Động cơ B trong khi IN1 & IN2 và IN3 & IN4 là chân điều khiển hướng quay cho Động cơ A và Động cơ B

Sơ đồ mạch bên trong của module điều khiển động cơ L298N được đưa ra dưới đây:

Thông tin về động cơ V1:

Chương 3 : Thiết kế và thi công mô hình

3.1 Lập trình cho Arduino UNO

Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng Ngôn ngữ nàydựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung Và Wiring lại là mộtbiến 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 cũnggọi như vậy Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất dễhọc, 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 làArduino IDE (Integrated Development Environment) như hình dưới đây