Đồ án Điện tử tên Đề tài robot lau nhà thông minh

phương thức trunggian kt PDF Portable Docunment Format Đ'nh dạng văn bản tài liệu của hãng Adobe System ngoại vi với máy tính trọng trong thit b' thông minhSPI Serial Peripheral Interf

KIẾN THXC TYNG QUAN

Tbng quan về robot lau nhà

Robot lau nhà thông minh đang ngày càng thay thế các loại cây lau nhà truyền thống, hỗ trợ con người trong việc dọn dẹp nhà cửa và văn phòng Với khả năng tự động hóa, robot này trở thành "người" giúp việc hiệu quả, đặc biệt cho những người nội trợ bận rộn không có thời gian chăm sóc nhà cửa Thiết kế thông minh cho phép robot tự lau nhà mà không cần hướng dẫn, và kích thước nhỏ gọn giúp nó dễ dàng tiếp cận các khu vực khó khăn như gầm bàn, gầm ghế và gầm giường.

Trên thị trường hiện nay, robot hút bụi và robot lau nhà đều có những ưu nhược điểm riêng Robot hút bụi được ưa chuộng hơn nhờ vào nhiều lợi thế, nhưng robot lau nhà vẫn chiếm được lòng tin của nhiều người dùng nhờ hiệu quả làm sạch vượt trội, đặc biệt là khả năng xử lý các vết bẩn ướt và dính Hơn nữa, robot lau nhà hoạt động êm ái hơn, không gây tiếng ồn lớn như robot hút bụi, nên ít ảnh hưởng đến sinh hoạt của người dùng vào ban đêm.

Hiện nay, các loại robot lau nhà sử dụng hai kỹ thuật dẫn đường chính là cảm biến và xử lý ảnh Kỹ thuật xử lý ảnh, được phát triển bởi nhà sáng chế Eric Richard Bartsch vào năm 2002, sử dụng camera để quét trần nhà và tạo bản đồ di chuyển cho robot Tuy nhiên, công nghệ này gặp khó khăn trong điều kiện thiếu ánh sáng, dẫn đến việc nhiều công ty chuyển sang sử dụng cảm biến để tạo bản đồ di chuyển Một ví dụ điển hình là sản phẩm của iRobot, sử dụng công nghệ NorthStar® Navigation kết hợp hệ thống định vị GPS và cảm biến gyroscopes Trong khi đó, robot LTM-T290 của hãng XRobot lại di chuyển theo phương pháp ngẫu nhiên, đơn giản hơn.

Mô \t sw robot lau nhà nbi bật

Robot lau chà sàn nhà iLife W400 là sản phẩm mới nhất và cao cấp nhất của hãng iLife Với khả năng làm sạch hiệu quả, iLife W400 giúp bạn hoàn thành công việc lau nhà một cách nhanh chóng, ngay cả với diện tích căn hộ lớn, chỉ cần một lần ấn nút khởi động Tính năng nổi bật của sản phẩm này là khả năng lau chà tự động, mang lại sự tiện lợi tối đa cho người sử dụng.

1 Robot lau nhà ilife W400 với động cơ đánh xoáy, chà xát mạnh mŒ các vt cứng đầu nhất.

2 Hoạt động theo hệ thống lập trình sẵn zigzag giảm thiểu hoàn toàn khu vực b' b} sót trong quá trình dọn nhà.

3 Trang b' 2 khay nước: 1 đựng nước lau sạch & 1 đựng nước bẩn, nước dơ rất hợp lý và sạch sŒ.

4 Lập trình 4 tính năng vệ sinh sàn nhà theo thứ tự:

Hình 1 4 Robot lau nhà iLife W400

Robot lau nhà iRobot Braava 380t là robot lau nhà mới nhất của iRobot Braava

iRobot Braava 380t là sản phẩm robot lau nhà cao cấp, giúp bạn hoàn thành việc lau dọn chỉ với một lần khởi động Thiết kế nhỏ gọn và hình vuông của máy cho phép lau chùi hiệu quả trên nhiều bề mặt như sàn gỗ và sàn đá mà không gây tiếng ồn khó chịu Người dùng có thể lựa chọn chế độ lau khô hoặc ướt, và máy tự động quay lại điểm khởi động sau khi hoàn thành công việc Chế độ lau ướt giúp máy di chuyển nhiều lần qua một vị trí để đảm bảo bụi bẩn được loại bỏ triệt để iRobot Braava 380t còn có khe chứa nước, giữ cho miếng lau luôn ẩm ướt, và thời gian sử dụng lên đến 3 giờ, giúp bạn yên tâm không lo hết pin trong quá trình hoạt động.

Hình 1 5 Robot lau nhà braava 380t

* Các yêu cầu của robot lau nhà thông minh

Robot lau nhà cần có khả năng tự động làm sạch hiệu quả trên nhiều loại mặt sàn khác nhau, đồng thời có thể tiếp cận các ngóc ngách trong nhà một cách dễ dàng Hơn nữa, thiết bị này cũng phải dễ dàng trong việc thao tác sử dụng.

Tạo ra một robot đáp ứng nhu cầu dọn nhà

Có khả năng tránh vâ xt cản Đảm bảo có thể lau, quét bụi bẩn, rác nh} trên mặt sàn Ứng dụng thực tin cao

Giao diện đơn giản, d sử dụng cho mọi đối tượng

Tối ưu hóa giá thành

Phương gn nghiên chu

Tham khảo thông tin từ nhi(u ngu~n chính thống: sách, internet….

Nghiên cứu lý thuyt kt hợp thực tin

Tìm hiểu nghiên cứu các linh kiện trên th' trường

Kt hợp ý tưởng, kin thức vốn có và sự chỉ dẫn của giáo viên: xây dựng sơ đ~ nguyên lý, thit k và lập trình trên arduino.

Kjt luâ \n

Chương này giới thiệu tổng quan về robot lau nhà thông minh, giúp người đọc hiểu sơ bộ về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của loại robot này, phục vụ cho cuộc sống hàng ngày và tiết kiệm thời gian Đồng thời, chương cũng phân tích các yêu cầu cần thiết cho một robot lau nhà thông minh Dựa trên đó, phương án thiết kế robot lau nhà đơn giản và tối ưu sẽ được lựa chọn Các chương tiếp theo sẽ đi sâu vào lý thuyết của từng modul và nguyên lý hoạt động của chúng.

THIẾT KẾ MÔ HlNH ROBOT LAU NHÀ

Sm dnng phon mềm

1.1 Giới thiê \u phon mềm lâ \ p trình ARDUINO IDE

Arduino IDE là phần mềm mã nguồn mở chính thức của Arduino, được thiết kế để viết và biên dịch mã cho các module Arduino Phần mềm này giúp việc biên dịch mã trở nên dễ dàng, ngay cả với những người không có kiến thức kỹ thuật cũng có thể sử dụng hiệu quả.

Nó cung cấp các phiên bản tương thích với các hệ điều hành như MAC, Windows và Linux, đồng thời hoạt động trên nền tảng Java Các chức năng và lệnh tích hợp sẵn của nó rất quan trọng cho việc gỡ lỗi, chỉnh sửa và biên dịch mã trong môi trường phát triển.

Có rất nhi(u các module Arduino như Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Leonardo, Arduino Micro và nhi(u module khác.

Mỗi module chứa một bộ vi đi(u khiển trên bo mạch được lập trình và chấp nhận thông tin dưới dạng mã.

Mã chính, hay còn gọi là sketch, được phát triển trên nền tảng IDE, tạo ra một file Hex File này sau đó được chuyển và tải lên bộ điều khiển trên bo mạch.

Môi trường IDE chủ yếu bao gồm hai thành phần chính: Trình chỉnh sửa và Trình biên dịch Trình chỉnh sửa được sử dụng để viết mã cần thiết, trong khi Trình biên dịch có nhiệm vụ biên dịch và tải mã lên module Arduino.

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

1.2 Phon mềm mô ph…ng mạch PCB – EasyEDA

EasyEDA, viết tắt của Tự động hóa thiết kế điện tử dễ dàng, là một công cụ thiết kế mạch trực tuyến mạnh mẽ dành cho kỹ sư nhúng, phần cứng và kỹ sư điện Với giao diện thân thiện, người dùng có thể dễ dàng thiết kế, mô phỏng, chia sẻ và xem xét sơ đồ mạch và bảng mạch in Phần mềm này hoàn toàn miễn phí và chỉ yêu cầu người dùng đăng ký và đăng nhập để bắt đầu tạo mạch EasyEDA hỗ trợ các hệ điều hành Windows, Mac và Linux, cùng với các trình duyệt như Chrome, Internet Explorer, Safari và Firefox Dự án thiết kế sẽ được lưu trữ an toàn trên trang web của EasyEDA, đảm bảo người dùng không mất dữ liệu Với nhiều tính năng tích hợp, EasyEDA là công cụ phát triển mạch phổ biến và hữu ích cho nhiều người dùng.

Khả năng d dàng và hiệu quả trong thit k mạch

Chia sẻ công khai và riêng tư

Có thể phát triển nhi(u dự án mã ngu~n mở

Hỗ trợ tập lệnh và cung cấp API

Chia sẻ trực tuyn các dự án

Phục h~i tài liệu ở mọi cấp độ

Xuất tài liệu dưới dạng PDF, SVG và PNG

Xuất Netlist như FreePCB, Spice, Pads và Altium Designer

Kiểm tra quy tắc thit k

Truy cập gần 1000000 thư viện công cộng

Quản lý các thư viện khác nhau

Tạo và chỉnh sửa biểu tượng hoặc phần phụ và biểu tượng hoặc mô hình Spice Tạo và chỉnh sửa footprint

Mở phần trình chỉnh sửa trong công cụ

Chọn một trong hai là linh kiện hoặc footprint để tạo

Tạo các thành phần mới

Xác minh các mạch thông qua quy trình mô ph}ng

Chuyển đ…i schematic layout sang PCB

Hình 2 2 Phần m(m mô ph}ng mạch EDA

Cgc linh kiê \n sm dnng

Arduino là nền tảng mã nguồn mở dành cho việc tạo mẫu điện tử, giúp xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác một cách thuận tiện và dễ dàng hơn với nhau cũng như với môi trường xung quanh.

Nền tảng mẫu này hoạt động như một máy tính thu nhỏ, cho phép người dùng lập trình và thực hiện các dự án điện tử mà không cần phải tải xuống các công cụ chuyên dụng để nạp mã.

Phần m(m này tương tác với th giới bên ngoài thông qua các cảm bin điện tử, đèn và động cơ.

Phần cứng Arduino là một bảng mạch nguồn mở tích hợp bộ vi xử lý và các chân vào/ra (I/O) để điều khiển và giao tiếp với các thiết bị vật lý như LED, servo và nút bấm Bảng mạch này thường được cấp nguồn qua cổng USB hoặc nguồn điện bên ngoài, giúp cung cấp năng lượng cho các phần cứng và cảm biến khác.

Môi trường phát triển tích hợp Arduino (IDE) tương tự như C++, cho phép người dùng soạn thảo, biên dịch mã và nạp chương trình vào board.

2.1.2 Ardunio uno R3 a Ardunio uno R3 là gì? Đây là kit của Arduino Uno th hệ thứ 3, có khả năng lập trình cho các ứng dụng đi(u khiển phức tạp. Được trang b' cấu hình mạnh cho các loại bộ nhớ như ROM, RAM và Flash, các ngõ vào/ ra digital I/O

Trong đó nhi(u ngõ có khả năng xuất tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và chuẩn giao tip đa dạng như: UART, SPI, TWI (I2C).

Hình 2.4: Mạch Aduno Uno R3 b Thông số kỹ thuâ xt

Vi đi(u khiển Atmega 328( họ 8bit) Điê xn áp hoạt đô xng 5V-DC(chỉ được cấp qua c…ng USB)

Tần số hoạt đô xng 16MHz

Dòng điê xn tiêu thụ 30mA Điê xn áp vào khuyên dùng 7-12v-DC Điê xn áp vào giới hạn 6-20v-DC

Số chân Digital I/O 14chân(6 chân pwm)

Số chân Analog 6chân( đô x phân giải 10 bit)

Dòng điê xn tối đa trên mỗi chân I/O 30mA

Dòng điê xn tối đa ra(5v) 500mA

Dòng điê xn tối đa ra(3.3v) 50mA

Bảng 2 1: Thông số kỹ thuâ xt ardunio r3 c Cấp nguvn và cgc chân nguvn

Kit Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V qua cổng USB hoặc sử dụng nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng từ 7-9V DC Nếu không có nguồn từ cổng USB, nguồn pin vuông 9V là lựa chọn tối ưu Cần lưu ý rằng nếu nguồn cấp vượt quá 20V, kit sẽ bị hỏng ngay lập tức, vì vậy hãy cẩn thận và kiểm tra kỹ lưỡng trước khi kết nối nguồn.

GND (Ground) là chân đất của nguồn điện cung cấp cho kit Khi sử dụng các ứng dụng với nguồn điện riêng hoặc nhiều nguồn, cần phải nối các chân GND này lại với nhau để đảm bảo hoạt động ổn định.

5V: Đầu ra điện áp 5V Các bạn phải lưu ý là dòng tối đa cho phép cấp ở pin này là 0.5A.

3.3V: Đầu ra điện áp 3.3V Dòng tối đa cho phép cấp ở pin này là 0.05A.

Vin (Voltage Input): Cấp ngu~n ngoài cho kit Khi kt nối, tin hành nối cực dương của ngu~n với pin này và cực âm của ngu~n với pin GND.

IOREF là điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO, thường đo được ở chân này với giá trị ổn định là 5V Tuy nhiên, không nên sử dụng nguồn từ chân này để cấp cho các thiết bị khác, vì chức năng chính của nó không phải là cung cấp nguồn.

Chân reset sŒ được kết nối với nút bấm và khi nhấn nút Reset, kit sŒ sẽ reset vi điều khiển Nguyên lý hoạt động là chân RESET sŒ được nối với Ground thông qua một điện trở 10KΩ.

2.2 Module điều khi‹n đô \ng cơ L298N V2

Module L298 là một mạch điều khiển động cơ cho phép điều khiển đồng thời hai động cơ DC Với IC điều khiển cầu kép toàn kỳ, L298 hoạt động hiệu quả trong dải điện áp rộng và có khả năng xử lý dòng tải tối đa lên đến 3A Mạch này được thiết kế với điện áp bão hòa thấp và tính năng bảo vệ quá nhiệt, bao gồm hai mạch cầu H transistor.

Hình 2 4 Mạch L298N b Thông sw kỹ thuật

Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H Điện áp đi(u khiển : +5V ~ +12 V

Dòng tối đa cho mỗi cầu H là :2A Điện áp của tín hiệu đi(u khiển : +5 V ~ +7 V

Dòng của tín hiệu đi(u khiển : 0 ~ 36Ma

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

Nhiệt độ bảo quản : -25°C ~ +130 c Cấp nguvn và cgc chân nguvn

Bộ ngu~n 12V gnd 5V tùy thuộc loại động cơ mà ta chọn 12V hay 5V

+ 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 đi(u khiển.

+ 4 chân OUTUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương ứng với các chân INPUT) được nối với các chân 2, 3,13,14 của L298 Các chân này sŒ được nối với động cơ.

Hai chân ENA và ENB điều khiển hoạt động của mạch cầu H trong L298 Khi chân ENA hoặc ENB ở mức logic “1” (kết nối với nguồn 5V), mạch cầu H sẽ hoạt động; ngược lại, nếu ở mức logic “0”, mạch cầu H sẽ không hoạt động.

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

INT1 = 1; INT2 = 0: Động cơ quay thuận.

INT1 = 0; INT2 = 1: Động cơ quay ngh'ch.

INT1 = INT2: Động cơ dùng ngay tức thì.

Với ENB c!ng tương tự với INT3, INT4.

2.3 C|m bijn SR04 a C|m bijn SR04 là gì?

Cảm bin khoảng cách hay còn gọi là cảm bin siêu âm là một loại cảm bin ph… bin.

Cảm biến siêu âm HC-SR04 có khả năng đo khoảng cách từ 2 đến 300 cm bằng cách sử dụng sóng siêu âm Với thời gian phản hồi nhanh và độ chính xác cao, cảm biến này rất phù hợp cho các ứng dụng phát hiện vật cản và đo khoảng cách.

Hình 2 5 Mạch SR04 b Thông sw kỹ thuật Điện áp hoạt động: 5VDC

Chân tín hiệu: Echo, Trigger.

Tần số phát sóng: 40Khz

Khoảng cách đo được của thiết bị là từ 2 đến 450 cm Khoảng cách tối đa có thể đạt được trong điều kiện lý tưởng, với không gian trống và bề mặt vật thể phẳng Tuy nhiên, để đảm bảo kết quả chính xác nhất, cảm biến nên được sử dụng trong khoảng cách dưới 100 cm.

Sai số: 0.3cm (khoảng cách càng gần, b( mặt vật thể càng phẳng sai số càng nh}).

Kích thước: 43mm x 20mm x 17mm c Cấp nguvn và cgc chân nguvn

Ngu~n làm việc: 5V( một số mạc điện tử có thể cấp ngu~n 3.3V vẫn hoạt động bình thường, nhưng cảm bin siêu âm cần hoạt động ở mứcn 5V).

Số chân Tên chân Mô tả

1 VCC Chân Vcc cấp ngu~n cho cảm bin, thường là +5v

2 Trigger Chân trigger là chân đầu vào Chân này phải được giữ ở mức cao trong 10us để khởi tạo phép đo bằng cách gửi sóng siêu âm.

3 Echo Chân Echo là chân đầu ra.

Chân này tăng cao trong một khoảng thời gian bằng với thời gian để sóng siêu âm quay trở lại cảm bin.

4 Ground Chân này được nối đất

Bảng 2 2: Các chân của SR04

2.4 Modul phgt hiê \n vâ \t c|n hvng ngoại a Modul phgt hiê \n vâ \t c|n hvng ngoại là gì?

Mô-đun phát hiện vật cản hồng ngoại sử dụng cặp truyền và nhận tia hồng ngoại Khi tia hồng ngoại phát ra gặp vật cản, nó sẽ phản xạ trở lại đèn thu hồng ngoại Sau khi tín hiệu được xử lý qua IC so sánh, đèn màu xanh sẽ sáng lên và đồng thời cung cấp tín hiệu số đầu ra.

Mắt phát hồng ngoại hoạt động trong một phạm vi giới hạn và chỉ có thể nhận diện các vật cản khi có ánh sáng hồng ngoại phản chiếu từ chúng Khi không có đối tượng phản xạ, mắt hồng ngoại không thể phát hiện vật cản Tuy nhiên, khi gặp vật cản, ánh sáng hồng ngoại sẽ được phản chiếu và mắt sẽ nhận diện được vật cản đó, từ đó xuất tín hiệu ra.

Cgc phương phgp điều hướng cho robot

3.1 Phương phgp điều hướng c„ tính togn

Phương pháp đi(u hướng có tính toán bao gồm các bước như lập kế hoạch, thực hiện công việc và điều khiển động cơ Quy trình này bắt đầu bằng việc xây dựng mô hình để xác định các mục tiêu và chiến lược, tiếp theo là triển khai các nhiệm vụ cụ thể và cuối cùng là kiểm soát hoạt động của động cơ để đạt được hiệu quả tối ưu.

Các khâu này có thể được xem như một chuỗi các “lát mảng theo phương thẳng đứng”, trong đó đầu vào là tín hiệu từ cảm biến bên trái và đầu ra là các khâu chấp hành ở bên phải.

Hình 2 10 Sơ đ~ cấu trúc của phương pháp đi(u khiển có tính toán

Trong cấu trúc này, từng khâu được xem như một hệ thống con phức tạp, và tất cả cần hoạt động đồng bộ với robot trong mọi thời điểm.

3.2 Phương phgp điều hướng theo ph|n hng

Phương pháp đi(u hướng theo phản ứng được phát triển để giải quyết các vấn đề liên quan đến môi trường không xác định hoặc thường xuyên thay đổi Trong phương pháp này, không cần đến khối điều khiển, mà thông tin từ khối cảm nhận được truyền thẳng tới khối chấp hành, giúp cơ cấu chấp hành hoạt động hiệu quả.

Hình 2 11 Mô hình phương pháp đi(u hướng theo phản ứng

3.3 Phương phgp điều khi‹n ki‹u lai Đi(u hướng lai ghép là phương pháp kt hợp các ưu điểm của phương pháp đi(u hướng theo tính toán truy(n thống với các hệ thống đi(u hướng dựa phản ứng Mỗi phương pháp đ(u có những nhược điểm mà phương pháp kia có thể khắc phục được Phương pháp đi(u hướng theo tính toán gặp phải khó khăn khi hoạt động trong các môi trường động, là nơi yêu cầu khả năng tính toán nhanh c!ng như các kỹ năng tránh vật cản Nu phương pháp đi(u hướng theo phản ứng không kt hợp với bất cứ quá trình lập k hoạch chuyển động nào thì có thể sŒ không đưa robot theo quỹ đạo tối ưu Phương pháp đi(u khiển lai ra đời nhằm kt hợp các hoạt động có tính toán bậc cao với các hoạt động phản ứng bậc thấp Các hoạt động phản ứng giúp robot an toàn và xử lý các tình trạng khẩn cấp trong khi phần đi(u khiển có tính toán sŒ giúp robot đạt được mục đích cuối cùng Phương pháp đi(u khiển lai ghép có thể cho ta kt quả khả quan hơn khi chỉ sử dụng phương pháp đi(u hướng theo phản ứng hoặc đi(u hướng theo tính toán.

Thijt kj mô hình cơ khí cho robot

Mô hình Robot bao g~m các phần như:

Phần cơ khí: đ, v}, bộ phận làm sạch, chắn dò vật cản, bộ phận cảm nhận độ cao và bộ phận cơ cấu chuyển động

Phần mạch điện tử: khối ngu~n, khối vi xử lý, khối đi(u khiển động cơ, các cảm bin,

4.1 Khung cơ khí Đ hình bát giác bằng mica độ dày 8mm, đường kính 26cm.

Cảm bin rơi cầu thang

Tấm Formex, hay còn gọi là Fomex, là vật liệu cao cấp được sản xuất từ nhựa PVC (Poly Vinyl Clorua) thông qua công nghệ hiện đại Với trọng lượng nhẹ, dễ dàng vận chuyển và khả năng chịu lực tác động lớn, tấm Formex còn nổi bật với tính năng cách âm, cách nhiệt tốt Ngoài ra, vật liệu này chống thấm nước, dễ vệ sinh và có tuổi thọ cao, không độc hại, an toàn cho người sử dụng Đặc biệt, Formex dễ dàng cắt và uốn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế Chính vì những ưu điểm này, tôi đã chọn Formex để làm phần vỏ cho robot.

4.2 Bgnh xe dŽn đô \ng Để đạt được tính linh hoạt trong di chuyển thì chúng em chọn bánh xe đa hướng với kích thước màu sắc cho trước

Kích thước cơ bản: 49 x 32mm

Chi(u cao: 20mm Đường kính bóng: 16mm

Hình 2.14: Bánh xe đa hướng

THI CÔNG VÀ KIuM THỬ

Sơ đv khwi và chhc năng

Khối cảm bin Khối đi(u khiển Khối chấp hành Khối ngu~n

Hình 3 1 Sơ đ~ khối cơ bản b Chhc năng

Khối cảm bin: thu nhận thông tin từ môi trường Bao g~m các modul cảm bin nô xi và ngoại.

Khối điều khiển là phần quan trọng trong hệ thống tự động, nhận thông tin từ các bộ phận cảm biến và phát tín hiệu để điều khiển các bộ phận chấp hành Nó bao gồm vi xử lý và bộ nhớ, giúp xử lý dữ liệu và thực hiện các tác vụ cần thiết.

Khối chấp hành nhận thông tin từ bộ điều khiển để thực hiện các hành động của robot Trong nhiều trường hợp, bộ phận chấp hành còn nhận thông tin trực tiếp từ bộ phận cảm biến.

2 Sơ đv nguyên lz và nguyên lz hoạt đô \ng

2.1.C|m bijn SR04 a Sơ đv nguyên lz

Hình 3 2 Sơ đ~ nguyên lý SR04 b Nguyên lz hoạt đô \ng

SR04 sử dụng nguyên lý phản xạ của sóng để đo khoảng cách

Khi muốn đo khoảng cách sr04 sŒ phát ra một bộ 8 xung với tần số 40khz sau đó sŒ chờ đợi sung phản xạ v(

Thời gian từ lúc xung đi cho tới khi xung v( có thể d dàng tính ra khoảng cách từ sr04 tới vật cản.

Khi phát xung và chờ phản xạ, chân Echo của SE04 sẽ được nâng lên mức cao (echo=1) khi có xung phản xạ Ngược lại, nếu không nhận được xung phản xạ trong vòng 30 micro giây, chân Echo sẽ bị kéo xuống thấp.

Trung tâm điều khiển căn cứ vào kết quả đo đạc của cảm biến SR04 để xử lý và ra quyết định điều khiển động cơ 1 hoặc động cơ 2 Việc đo khoảng cách bằng SR04 thực hiện thông qua việc đo thời gian chân Echo ở mức cao Để đo khoảng cách, ta kích hoạt chân trigger với một xung tối thiểu 10 ms, sau đó chờ chân Echo lên mức cao Khi chân Echo xuống mức thấp, ta dừng timer và tính toán giá trị từ timer để suy ra khoảng cách.

2.2 Modul phgt hiê \n vâ \t c|n hvng ngoại a Sơ đv nguyên lz

Hình 3 3 Sơ đ~ nguyên lý modul phát hiê xn vâ xt cản h~ng ngoại b Nguyên lz hoạt đô \ng

Nguyên lý hoạt đô xng

LED phát hồng ngoại (IR LED) phát ra sóng ánh sáng có bước sóng hồng ngoại mà mắt người không nhìn thấy Để thu nhận ánh sáng này, người ta sử dụng LED thu, khi tia hồng ngoại chiếu vào đủ lớn, nội trở của nó sẽ giảm xuống còn vài chục Ω.

Khi chùm tia hồng ngoại gặp vật cản, chúng phản xạ lại và làm thay đổi giá trị điện trở của LED thu Sự thay đổi điện trở ở mắt thu hồng ngoại ảnh hưởng đến cầu chia áp tại điện trở R2, dẫn đến sự biến đổi điện áp đầu vào chân 3 của Op-Amp.

Khi khoảng cách càng gần, sự thay đ…i càng lớn.

Khi điện áp đầu vào chân 3 của Op-Amp được so sánh với điện áp tham chiếu trên biến trở R3, nếu điện áp chân 3 lớn hơn chân 2, Op-Amp sẽ xuất mức 1 (bằng VCC) Ngược lại, nếu điện áp chân 3 nhỏ hơn chân 2, Op-Amp sẽ xuất mức 0 (bằng GND) Các điện trở như R1 (150 Ω), R2 (10K Ω) và R4 (1 KΩ) được sử dụng để đảm bảo các LED hoạt động an toàn mà không bị cháy.

Bin trở R3 dùng để chỉnh độ nhạy của bin trở

2.3 Ardunio Uno R3 a Sơ đv nguyên lz

Hình 3 4 Sơ đ~ nguyên lý ardunio r3 b Nguyên lz hoạt đô \ng

Arduino Uno R3 hoạt động dựa trên nguyên lý của vi đi(u khiển ATmega328P Các nguyên lý hoạt động chính của Arduino Uno R3 bao g~m:

1 Ngu~n cung cấp: Arduino Uno R3 có thể được cấp ngu~n thông qua c…ng USB hoặc ngu~n điện DC ngoài Các ngu~n được kt nối với chân Vin và GND.

2 Bộ vi đi(u khiển: Arduino Uno R3 sử dụng vi đi(u khiển ATmega328P, một chip AVR 8-bit có tốc độ xử lý 16 MHz Vi đi(u khiển này chứa các tài nguyên như bộ nhớ EEPROM, RAM, GPIO và các chức năng khác

3 Bootloader: Arduino Uno R3 được nạp sẵn chương trình bootloader Bootloader là một phần m(m được chạy khi Arduino được nạp ngu~n và cho phép tải và thực thi các chương trình Arduino thông qua giao diện kt nối USB.

4 Giao tip: Arduino Uno R3 hỗ trợ giao tip thông qua giao diện serial UART (chân

RX và TX) và giao tip SPI (chân MISO, MOSI, SCK)

5 Digital I/O: Arduino Uno R3 có 14 chân Digital Input/Output, trong đó 6 chân có khả năng tạo tín hiệu PWM (Pulse Width Modulation) Các chân này có thể được sử dụng để kt nối với các linh kiện ngoại vi như cảm bin, đèn LED, servo, buzzer

6 Analog I/O: Arduino Uno R3 có 6 chân Analog Input, cho phép đo giá tr' điện áp từ các cảm bin, bộ đi(u khiển PID hoặc các ứng dụng khác Chân đầu vào analog c!ng có thể được cấu hình để hoạt động như chân Digital Input/Output

7 Trình đi(u khiển Arduino: Arduino Uno R3 được lập trình thông qua môi trường Arduino IDE Người dùng có thể vit mã ngu~n, biên d'ch và tải chương trình lên vi đi(u khiển một cách d dàng Chương trình sŒ được lưu trữ trong bộ nhớ Flash của vi đi(u khiển và thực thi khi Arduino được khởi động.

2.4 Modul L298N V2 a Sơ đv nguyên lz

Hình 3 5 Sơ đ~ nguyên lý l298N b Nguyên lz hoạt đô \ng

Module L298N là một module đi(u khiển động cơ DC và một động cơ bước (stepper motor) Một số nguyên lý hoạt động của module L298N bao g~m:

1 Ngu~n cung cấp: Module L298N nhận ngu~n cấp từ ngu~n DC ngoài (từ 4.8V đn 46V) và sử dụng nó để cấp ngu~n cho động cơ DC và động cơ bước Module c!ng có thể cung cấp ngu~n điện cho các thành phần điện tử khác thông qua các chân OUT1, OUT2, OUT3 và OUT4

2 Đi(u khiển động cơ DC: Module L298N sử dụng nguyên lý H-bridge để đi(u khiển động cơ DC Nó có 2 cặp mosfet (hoặc transistor) để tạo thành các con đường tới và đi của động cơ - Để chạy động cơ v( phía trước, các chân IN1 và IN2 sŒ được đi(u khiển theo từng cặp: IN1 HIGH và IN2 LOW - Để chạy động cơ v( phía sau, các chân IN1 và IN2 sŒ được đi(u khiển theo từng cặp: IN1 LOW và IN2 HIGH - Tốc độ quay của động cơ có thể được đi(u chỉnh thông qua PWM (Pulse Width Modulation) Đi(u này cho phép đi(u chỉnh mức điện áp đầu ra trên chân ENA và ENB để kiểm soát tốc độ quay của động cơ

3 Đi(u khiển động cơ bước: Module L298N có thể đi(u khiển một động cơ bước theo đ'nh dạng đ'nh v' full-step hoặc half-step - Để đi(u khiển động cơ bước, module cần nhận tín hiệu xung (pulse) từ các chân Step và Direction - Chân Step được sử dụng để tạo các xung đóng vai trò đánh xung để động cơ bước di chuyển - Chân Direction được sử dụng để xác đ'nh hướng quay của động cơ bước.

Toàn mạch

Hình 3 7 Sơ đ~ nguyên lý toàn mạch

3.2 Nguyên lz hoạt đô \ng

Robot thu thập thông tin bằng cách sử dụng cảm biến siêu âm và cảm biến hồng ngoại để nhận diện vật cản, đồng thời đo khoảng cách từ robot đến các vật thể xung quanh.

Robot sử dụng cảm biến để thu thập dữ liệu, từ đó xác định vị trí và hình dạng của các vật cản xung quanh Các thuật toán xử lý tín hiệu và dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích và đánh giá thông tin này.

Robot sử dụng thông tin thu thập được để đánh giá tình huống và quyết định hướng di chuyển an toàn nhất Để đưa ra quyết định này, các thuật toán như thuật toán dự đoán, thuật toán tránh vật cản và thuật toán học tăng cường có thể được áp dụng.

- Thực hiện hành động: Sau khi đưa ra quyt đ'nh, robot sŒ thực hiện hành động để

Lưu đv thuâ \t togn cho robot

Hình 3.8 Lưu đ~ thuâ xt toán

Trgnh vâ \t c|n và rơi cou thang

Robot lau nhà được trang bị vành dò vật cản phía trước và cảm biến dưới gầm, giúp nhận biết vật cản và độ cao Thuật toán tránh vật cản cho phép robot tự động làm sạch mặt sàn, đồng thời tránh rơi khi gặp cầu thang Robot hoạt động theo thời gian đã định sẵn, sử dụng các linh kiện phù hợp với túi tiền của người tiêu dùng.

Kiểm tra trạng thái và cảm biến của robot để xác định xem có vật cản hoặc cầu thang nào không Nếu không có vật cản, tiếp tục thực hiện bước 1 Nếu phát hiện vật cản hoặc cầu thang, chuyển sang bước 2.

Bước 2: Robot di chuyển sang hướng khác Thực hiện bước 3.

Bước 3: Nu bin đm chưa v( 0 mà tip tục gặp vật cản hoặc độ cao quay lại bước 2. Nu bin đm v( 0 robot đi thẳng Sau đó quay lại bước 1.

Hình 3 9 Lưu đ~ tránh vâ xt cản, rơi cầu thang

KẾT LUÂ\N VÀ HƯỚNG PHÁT TRIuN CỦA ĐỀ TÀI

KẾT LUÂ\N Đ( tài đã nghiên cứu phương pháp đi(u khiển c!ng như thit k, ch tạo robot lau

Mô hình đã được hoàn thiện, bao gồm thiết kế mạch điện tử và lập trình điều khiển Nghiên cứu và ứng dụng kiến thức đã học giúp điều khiển thành công robot lau nhà tự động.

HƯỚNG PHÁT TRIuN CỦA ĐỀ TÀI

Với đi(u kiện hiện thực t nhóm em xin đ( xuất một số hướng phát triển của đ( tài như sau:

- Robot cần được nâng cấp khả năng tự sạc ngu~n khi cạn.

- Robot cần phát triển khả năng nhận dạng không gian.

- Robot cần lập bản đ~ và vạch ra k hoạch di chuyển tối ưu để đi ht diện tích sàn với thời gian ngắn nhất.

- Robot có khả năng hoạt động theo thời gian biểu được đ'nh sẵn.

1.Giáo_trình_KỸ_THUẬT_VI_XỬ_LÝ_NGUYỄN_TRUNG_ĐỒNG_LỜI_N ÓI_ĐẦU.html"

2. https://www.academia.edu/15923507/Giáo_Trình_C_Căn_Bản_Và_nâng_Cao

3.//xemtailieu.net/tai-lieu/thiet-ke-va-che-tao-robot-lau-nha-thong-minh- 1163463.html

4 https://arduinokit.vn/mach-arduino-uno-la-gi/