Đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên thiết kế xe dò line giải mã mê cung Đơn giản

Tổng quan tình hình nghiên cứu Tình hình nghiên cứu về robot dò line và giải mã mê cung hiện nay đang có nhữngbước tiến đáng kể, đặc biệt trong các lĩnh vực tự động hóa và trí tuệ nhân t

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 2

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

NĂM HỌC 2024 - 2025

THIẾT KẾ XE DÒ LINE GIẢI MÃ MÊ CUNG ĐƠN GIẢN

MÃ SỐ ĐỀ TÀI: 31-SV-2025-ĐT2 Thuộc nhóm ngành khoa học: Công nghệ kỹ thuật Điện - Điện Tử

TP.HCM, tháng 10 năm 2024

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 2

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN

NĂM HỌC 2024 - 2025

THIẾT KẾ XE DÒ LINE GIẢI MÃ MÊ CUNG ĐƠN GIẢN

MÃ SỐ ĐỀ TÀI: 31-SV-2025-ĐT2 Thuộc nhóm ngành khoa học: Công nghệ kỹ thuật Điện - Điện Tử Sinh viên thực hiện:

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU vii

1 Tổng quan tình hình nghiên cứu vii

3 Lý do chọn đề tài ix

4 Phương pháp nghiên cứu ix

4 Đối tượng nghiên cứu x

5 Phạm vi nghiên cứu x

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1

1.1 Tổng quan về xe dò line giải mã mê cung 1

1.2 Phương pháp dò line kỹ thuật số (Digital Line Following) 2

1.3 Phương pháp giải mã mê cung “Left-Hand” 3

1.4 Sơ lược nền tảng Arduino 3

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE DÒ LINE GIẢI MÃ MÊ CUNG 4

2.1 Linh kiện và chức năng 4

2.1.1 Arduino Nano 4

2.1.2 Cảm biến dò line 8 kênh QTR8A-TH063 5

2.1.3 Cảm biến hồng ngoại TCRT5000 6

2.1.4 Module L298N 7

2.1.5 LM2596S mạch giảm áp 3A 8

2.1.6 Mạch mở rộng Arduino Nano Shield V3.0 9

2.2 Sơ đồ hệ thống 10

2.3 Thiết kế hệ thống 12

2.3.1 Khối nguồn 12

2.3.2 Khối cảm biến 12

a) Cảm biến bám theo line 13

b) Cảm biến phân biệt line 15

2.3.3 Khối vi điều khiển 16

2.3.4 Khối điều khiển động cơ 17

2.4 Sơ đồ kết nối các linh kiện trong mạch 17

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG THUẬT TOÁN XE DO LINE GIẢI MÃ MÊ CUNG19 3.1 Đặc tả thuật toán 19

3.1.1 Khởi tạo ban đầu 19

a) Khối khai báo động cơ 20

b) Khối khai báo chân cảm biến 21

3.1.2 Chương trình đọc cảm biến 21

3.1.3 Chương trình điều khiển động cơ 22

a) Điều khiển cặp động cơ trái 23

b) Điều khiển cặp động cơ phải 24

c) Điều khiển động cơ 25

d) Chương trình điều khiển theo hành động 26

3.2 Thuật toán dò line kỹ thuật số 26

3.2.1 Phân biệt xe đang lệch hướng 27

3.2.2 Điều khiển động cơ theo giá trị lệch hướng 28

3.3 Thuật toán giải mã mê cung 28

3.3.1 Hàm phân biệt các ngã rẽ 29

3.3.2 Hàm rút ngắn và nhớ các đường line đặc biệt 30

3.4 Hàm tổng thể 31

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 32

4.1 Hình ảnh của xe 32

4.2 Kết quả chạy trong thực nghiệm 34

4.3 Ưu và nhược điểm 34

4.4 Hướng phát triển 35

4.5 Ứng dụng đề tài trong thực tiễn 35

Phần Phụ Lục 36

A Tài liệu Tham khảo 36

B Mã nguồn: 36

Bảng 1 Hình dạng các line đặc biệt 15 Bảng 2 Trạng thái cảm biến phân biệt line 16 Bảng 3 Tín hiệu điều khiển động cơ 17

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Arduino Nano[13] 4

Hình 2.2 QTR8A-TH063[14] 5

Hình 2.3 TCRT5000[15] 6

Hình 2.4 Module L298N[16] 7

Hình 2.5 LM2596S Mạch giảm áp 3A[17] 8

Hình 2.6 Arduino Nano Shield V3.0[18] 9

Hình 2.7 Sơ đồ khối 11

Hình 2.8 Sơ đồ khối nguồn 12

Hình 2.9 Sơ đồ khối cảm biến 13

Hình 2.10 Xe lệch phải 13

Hình 2.11 Xe lệch trái 14

Hình 2.12 Xe không lệch 14

Hình 2.13 Vị trí gắn cảm biến TCRT5000 15

Hình 2.14 Sơ đồ nối các linh kiện trong mạch 18

Hình 2.15 Mạch và xe trong thực tế 18

Hình 3.1 Sơ đồ khối hàm void setup() 19

Hình 3.2 Sơ đồ khối hàm indongco() 20

Hình 3.3 Sơ đồ khối hàm incambien() 21

Hình 3.4 Sơ đồ khối hàm uint8_t digital(uint8_t x) 22

Hình 3.5 Sơ đồ khối hàm void dongcotrai() 23

Hình 3.6 Sơ đồ khối hàm dongcophai() 24

Hình 3.7 Sơ đồ khối hàm dongco() 25

Hình 3.8 Sơ đồ khối hàm hanhdong() 26

Hình 3.9 Sơ đồ khối hàm char line() 27

Hình 3.10 Sơ đồ khối theoline() 28

Hình 3.11 Sơ đồ khối hàm phandoan() 29

Hình 3.12 Sơ đồ khối hàm rutngan() 30

Hình 3.13 Hàm loop() 31

Hình 4.1 Mặt trước của xe 32

Hình 4.2 Mặt sau của xe 32

Hình 4.3 Mặt dưới của xe 33

Hình 4.4 Mặt trên của xe 33 Hình 4.5 Hình ảnh xe trong mê cung line 34

14 PID Proportional Integral Derivative

MỞ ĐẦU

1 Tổng quan tình hình nghiên cứu

Tình hình nghiên cứu về robot dò line và giải mã mê cung hiện nay đang có nhữngbước tiến đáng kể, đặc biệt trong các lĩnh vực tự động hóa và trí tuệ nhân tạo (AI) Cácnghiên cứu tập trung vào việc cải tiến cảm biến và thuật toán điều khiển, học máy để tối

ưu hóa hiệu suất robot Trong robot dò line, các nghiên cứu mở rộng ứng dụng trong các

hệ thống công nghiệp và logistics Thêm vào đó, nghiên cứu về robot cộng tác, có khảnăng làm việc cùng con người và các robot khác, đang trở thành một xu hướng mới, mởrộng ứng dụng trong công nghiệp và các lĩnh vực khác

Tình hình nghiên cứu robot dò line giải mã mê cung trong nước:

Robot dò line và giải mã mê cung là một trong những lĩnh vực nghiên cứu đangthu hút sự chú ý tại các trường đại học và viện nghiên cứu ở Việt Nam.[1 2]

Robot dò line thường được thiết kế để di chuyển theo một đường kẻ vạch có sẵn(line), sử dụng các cảm biến (ví dụ như cảm biến quang học) để nhận diện và theo dõiđường đi, với mục tiêu duy trì đường đi ổn định và đạt tốc độ cao nhất Trong khi đó,robot giải mã mê cung yêu cầu các hệ thống điều khiển phức tạp hơn, bao gồm các thuậttoán giải quyết mê cung, kỹ thuật dò đường, và đôi khi là trí tuệ nhân tạo để tự động tìm

ra lối thoát tối ưu từ mê cung

Các cuộc thi và dự án nghiên cứu về ứng dụng của robot dò line giải mã mê cungngày càng phát triển mạnh mẽ ở Việt Nam, đặc biệt là trong các cuộc thi khoa học kỹthuật cho học sinh, sinh viên Những cuộc thi này thường thu hút đông đảo sinh viên từcác trường đại học và cao đẳng tham gia, tạo ra một sân chơi bổ ích để học hỏi và áp dụngcác lý thuyết về cơ điện tử, tự động hóa và trí tuệ nhân tạo vào thực tế.[3]

Các trường đại học và cao đẳng tại Tp Hồ Chí Minh, như Đại học Bách Khoa,Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM tổ chức các cuộc thinội bộ và giao lưu giữa các trường, tạo cơ hội cho sinh viên tham gia vào việc phát triển

và thử nghiệm các mô hình robot dò line, giải mã mê cung Các cuộc thi này không chỉ lànơi trau dồi kiến thức, mà còn thúc đẩy tinh thần sáng tạo và hợp tác giữa các sinh viêntrong các dự án nghiên cứu thực tế

Ngoài ra, một số trường còn triển khai các dự án nghiên cứu với sự tài trợ từ các tổchức và doanh nghiệp công nghệ, nhằm phát triển các sản phẩm robot dò line, giải mã mêcung có tính ứng dụng cao trong thực tế, như trong các hệ thống tự động hóa và các thiết

bị phục vụ công nghiệp

Tình hình nghiên cứu quốc tế về robot dò line và giải mã mê cung:

Nghiên cứu quốc tế về robot dò line và giải mã mê cung hiện nay đang phát triểnmạnh mẽ nhờ sự tiến bộ của công nghệ tự động hóa, trí tuệ nhân tạo (AI) và robot học.Trong lĩnh vực robot dò line, các nghiên cứu tập trung vào cải tiến các hệ thống cơ khí vàđiều khiển như: cảm biến như quang học, hồng ngoại, và LIDAR Cùng với việc áp dụngcác thuật toán điều khiển thông minh như PID, Fuzzy Logic và học máy để tối ưu hóahiệu suất và độ ổn định khi theo dõi đường.[4, 5] Ngoài ra, còn phải sử dụng những thuậttoán toán phổ biến như DFS, BFS và A* được sử dụng tìm đường hiệu quả trong mêcung.[6-9]

Một số cuộc thi quốc tế nổi bật liên quan đến robot dò line và giải mã mê cung baogồm:

1 RoboCup: Một cuộc thi quốc tế nổi tiếng, RoboCup thu hút sự tham gia củanhiều đội nghiên cứu và sinh viên từ khắp nơi trên thế giới Trong cuộc thi này,các đội phải thiết kế và lập trình các robot tự động để tham gia vào các thử thách,bao gồm cả dò line và giải mã mê cung, với mục tiêu phát triển các robot thôngminh và có khả năng tự học

2 FIRST Robotics: Một trong những cuộc thi robot lớn nhất dành cho học sinh vàsinh viên, với các thử thách đa dạng, trong đó có các thử nghiệm yêu cầu robot dichuyển theo đường chỉ định (dò line) và giải quyết các mê cung hoặc bài toán điềukhiển

3 World Robot Olympiad (WRO): Cuộc thi này được tổ chức hàng năm, thu hút

sự tham gia của các đội đến từ các quốc gia trên toàn thế giới Các đội tham giaphải thiết kế và lập trình robot để hoàn thành các nhiệm vụ như dò line hoặc giảiquyết mê cung trong một thời gian hạn chế

4 Eurobot: Cuộc thi robot quốc tế được tổ chức tại châu Âu, trong đó các đội phảithiết kế robot để hoàn thành các nhiệm vụ như dò line và giải mã mê cung, với yêucầu về kỹ thuật và sự sáng tạo cao.

Các cuộc thi này không chỉ thúc đẩy sự phát triển của công nghệ robot mà còn tạo

cơ hội giao lưu, học hỏi giữa các sinh viên, nhà nghiên cứu và chuyên gia trong lĩnh vựcrobot học trên toàn thế giới

Các ứng dụng của robot dò line và giải mã mê cung không chỉ giới hạn trong cáccuộc thi mà còn có tiềm năng lớn trong công nghiệp, với các ứng dụng trong các hệ thốngkho vận và các công ty như Amazon và Google Các nghiên cứu hiện nay cũng đang tậptrung vào việc phát triển robot cộng tác, có khả năng làm việc cùng con người hoặc cácrobot khác để giải quyết các nhiệm vụ phức tạp Ngoài ra robot dò line được ứng dụngtrong các ngành công nghiệp, như hệ thống logistics và kho bãi, để tự động hóa các quátrình vận chuyển

2 Mục đích đề tài

Thiết kế và triển khai xe dò line theo phương pháp dò line kỹ thuật số có khả năng giải mã mê cung bằng phương pháp “Left-Hand” Đánh giá sự hiệu quả ứng dụngcủa phương pháp Đồng thời nâng cao kỹ năng thực hành, nghiên cứu khoa học và làmviệc nhóm

3 Lý do chọn đề tài

Việc chọn đề tài xuất phát từ mong muốn áp dụng kiến thức học vào thực tế, đồngthời tìm hiểu và khám phá một phương pháp đơn giản để chế tạo xe dò line giải mã mêcung Tìm hiểu khám phá phương pháp dò line kỹ thuật số trong điều khiển xe dò line

4 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu và thiết kế xe dò line giải

mã mê cung Phương pháp bao gồm các bước sau:

1 Nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu khái niệm, lý thuyết phương pháp dò line kỹthuật số và Left-Hand Tìm hiểu các linh kiện cần thiết thiết kế xe dò line và cáchhoạt động

2 Thiết kế: Lựa chọn linh kiện, lắp ráp khung xe, thiết kế mạch điện

3 Lập trình: Viết chương trình điều khiển xe theo phương pháp đề cập trên và đọccảm biến, điều khiển động cơ.

4 Thử nghiệm: Thử nghiệm xe trên các mê cung, đánh giá hiệu quả của phươngpháp

5 Phân tích và đánh giá: Phân tích kết quả thử nghiệm, đánh giá kết quả và đềxuất hướng phát triển

4 Đối tượng nghiên cứu

Đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế đánh giá xe dò line giải mã mê cung bao gồm các thành phần chính sau:

Phần cứng:

Module điều khiển động cơ: L298N

Cảm biến line 8 kênh QTR8A-TH063 và cảm biến hồng ngoại TCRT5000

Vi điều khiển Arduino Nano

Phần mềm:

Thuật toán dò line kỹ thuật số

Thuật toán giải mã mê cung “Left-Hand”

Chương trình điều khiển xe dò Line

5 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nội dung: Nghiên cứu chỉ tập trung về việc chế tạo xe dò line giải mã

mê cung theo phương pháp dò line kỹ thuật số và Left-Hand, đánh giá kết quả

Phạm vi về không gian: Thử nghiệm xe robot trên các mê cung được thiết kế sẵn Đề tài chưa xem xét đến khả năng hoạt động của robot trong các môi trường thực

tế phức tạp

Phạm vi thời gian: Đề tài được thực hiện trong thời gian 5 tháng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan về xe dò line giải mã mê cung

Xe dò line giải mã mê cung là một loại xe tự hành có khả năng di chuyển theo quỹđạo được đặt trước Thường các xe được di chuyển trên một bề mặt đặc biệt có các đường

kẻ đen trên nền trắng hoặc ngược lại, các đường kẻ này xe dò đi theo Nhưng đặc biệt cácđường kẻ này được sắp đặt như một mê cung, nhiệm vụ của xe là bám theo đường kẻvạch và cố gắng tìm đường ra

Các thành phần chính của xe dò line giải mã mê cung:

Bánh xe

Động cơ

Mạch điều khiển động cơ

Vi điều khiển điều khiển, và giải mã mê cung

Cảm biến nhận vạch

Nguyên tắc hoạt động xe dò line giải mã mê cung đi theo một quỹ đạo định trướcnhờ các đường kẻ Bốn bánh xe được dẫn động bởi bốn động cơ thông qua mạch điềukhiển và công suất Các vạch kẻ có màu khác biệt với nền, nhằm giúp cho cảm biến của

xe có thể phân biệt đường kẻ với nền Nhớ đó truyền tín hiệu tới vi điều khiển, vi điềukhiển xử lý các tín hiệu đưa ra các tín hiệu điều khiển tới mạch điều khiển động cơ Động

cơ dựa vào mạch điều khiển động cơ hoạt động Cảm biến xe dò line giải mã mê cungngoài việc phân biệt đường kẻ với nền cần phải phân biệt các đường kẻ đặc biệt khácnhau trên mê cung line nhằm giúp vi điều khiển có thể xử lý tìm ra khỏi mê cung

Ứng dụng xe dò line giải mã mê cung được phổ biến trong giáo dục như các cuộcthi giúp cho học sinh có thể áp dụng, vận dụng kiến thức vào trong thực tế, tăng khả nănglập trình, thực hành giải thuật, nâng cao tư duy sáng tạo Trong các lĩnh vực vận chuyển,các bãi hàng hóa vận chuyển phân loại bằng xe dò line và khả năng tự tìm chỗ sạc khi hếtpin

1.2 Phương pháp dò line kỹ thuật số (Digital Line Following)

Phương pháp dò line kỹ thuật số ám chỉ các xe dò line có cảm biến phân biệt linechỉ đưa ra hai mức giá trị On/Off Vi điều khiển trên xe dò line dựa vào giá trị On/Off xử

lý Phương pháp dò line kỹ thuật số áp dụng rộng rãi trong các xe dò line đơn giản

Nguyên lý hoạt động:

Cảm biến kỹ thuật số thường là các cảm biến hồng ngoại, chỉ có kết quả trả

về giữa hai ngưỡng giá trị On/Off Giá trị trả về được phân định theongưỡng nhất định, dưới ngưỡng là Off, trên ngưỡng là On hoặc ngược lại.Ngưỡng giá trị này có thể quy định bởi biến trở trên cảm biến hoặc vi điềukhiển

Xe dò line điều khiển động cơ dựa trên giá trị trạng thái của cảm biến.Thường các xe dò line có ít nhất hai cảm biến đặt ở hai bên của xe Từ đódựa vào giá trị cảm biến phán đoán đưa ra lệnh điều khiển động cơ.Các trường hợp cơ bản[10]:

Cả hai cảm biến Off xe lệch khỏi đường line, cần điều chỉnh quay lại.Cảm biến trái On, cảm biến phải Off xe đang lệch sang phải, cần rẽ trái trởlại đường line

Cảm biến trái Off, cảm biến phải On xe đang lệch sang trái, cần rẽ phải trởlại đường line

Cả hai cảm biến đều On xe đang đi đúng trên đường line, tiếp tục đi thẳng

Ưu điểm của phương pháp:

Dễ triển khai, không quá phức tạp Phù hợp với người mới bắt đầu.Hiệu quả đối với các đường line không quá phức tạp, đường line dạng cạnhthẳng Tốc độ xe di chuyển vừa phải

Nhược điểm của phương pháp:

Độ chính xác bị hạn chế do cảm biến chỉ có hai mức giá trị

Kém hiệu quả đối với các đường line phức tạp, không phải cạnh thẳng Cácđường line mờ.

Tốc độ di chuyển bị hạn chế

1.3 Phương pháp giải mã mê cung “Left-Hand”

Đây là phương pháp giải mã mê cung dựa vào cạnh lề của mê cung Khi đứngtrước các ngã ba hoặc ngã tư thì lựa chọn luôn là rẻ trái theo cạnh lề của mê cung.[11]

Chi tiết phương pháp:

Bắt đầu mê cung đi theo lối mê cung dẫn

Khi gặp ngã rẽ thì ưu tiên lề trái, hoặc đi thẳng nếu không thể

Tiếp tục vậy tới khi ra khỏi mê cung

Ưu điểm của phương pháp:

Dễ áp dụng, dễ nhớ, dễ triển khai lập trình, phù hợp với người bắt đầu.Hiệu quả với các mê cung đơn giản “hoàn hảo”

Nhược điểm của phương pháp:

Không giải được các mê cung có nhiều lối ra, vào hoặc có vòng lặp kín.Không tìm được đường ngắn nhất

1.4 Sơ lược nền tảng Arduino

Arduino là một nền tảng điện tử mã nguồn mở dựa trên phần cứng và phần mềmthân thiện dễ sử dụng Các board Arduino có khả năng đọc các tín hiệu đầu vào từ cáccảm biến, nút nhấn – và biến chúng thành tín hiệu đầu ra kích hoạt động cơ, bật đèn LED

Có thể chỉ định cho board của mình làm gì bằng cách gửi một tập hợp các lệnh tới vi điềukhiển trên board Để làm điều này, người lập trình sử dụng ngôn ngữ lập trình Arduino

và phần mềm Arduino (IDE)[12]

Trong đề tài viết chương trình cho xe do line dựa trên nền tảng Arduino và phầnmềm Arduino IDE Viết trên phần mềm Arduino IDE với bộ thư viện Arduino giúp tiếtkiệm thời gian, phù hợp với các dự án làm mô hình thiết kế của đề tài

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE DÒ LINE GIẢI MÃ MÊ CUNG 2.1 Linh kiện và chức năng

2.1.1 Arduino Nano

Hình THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE DÒ LINE GIẢI MÃ MÊ CUNG.1 Arduino Nano[ 13 ]

Arduino Nano là một board mạch dựa trên Atmega328 (Arduino Nano 3.x) nhỏgọn, và dễ dàng lắp ráp với Breadboard Có chức năng tương đương với ArduinoDuemilanove nhưng trong một dạng khác Có chỉ thiếu một jack nguồn DC và hoạt độngvới cáp Mini-B USB thay vì cáp tiêu chuẩn

Các thông số kỹ thuật:

Vi điều khiển chính: ATmega328

Điện áp hoạt động: 5VDC

Điện áp vào: 7 ~ 12VDC

Điện áp vào giới hạn: 6 ~ 20 VDC

Số chân Digital: 14 (6 chân PWM)

Số chân vào Analog: 8

Dòng DC trên mỗi chân: 40mA

Dòng DC trên chân 3.3V: 50mA

Bộ nhớ Flash: 32 KB (2KB dùng cho bootloader).

SRAM: 2 KB

EEPROM: 1KB

Tần số xung clock: 16 MHz

Tính năng trong hệ thống:

Điều khiển vận hành các linh kiện trong mạch

Tiếp nhận các tín hiệu từ các cảm biến

Xử lý, giải mã mê cung

2.1.2 Cảm biến dò line 8 kênh QTR8A-TH063

Hình THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE DÒ LINE GIẢI MÃ MÊ CUNG.2 QTR8A-TH063[ 14 ]

Cảm biến dò line 8 kênh QTR8A-TH063 là một loại cảm biến phản xạ hồng ngoạiđược sử dụng phổ biến trong các ứng dụng robot và xe tự hành Cảm biến được thiết kế

để phát hiện vị trí của đường line hoặc các vật thể có độ tương phản khác nhau trên bềmặt

Cảm biến có kích thước nhỏ gọn và dễ dàng lắp đặt Được sử dụng để dễ dàngphân biệt các màu sắc có độ tương phản cao

QTR8A-TH063 có tám kênh dò, cho phép cảm biến phát hiện và đọc dữ liệu, chophép nó phát hiện và đọc dữ liệu từ 8 đường line cùng một lúc Điều này cải thiện độchính xác và đáng tin cậy của việc phát hiện line

Thông số kỹ thuật:

Kích thước: 2,95" x 0,5" x 0,125"

Điện áp hoạt động: 3,3-5,0 V

Dòng cung cấp: 100 mA

Định dạng đầu ra: 8 điện áp analog

Dải điện áp đầu ra: 0 V đến điện áp cung cấp

Khoảng cách phát hiện tối ưu: 0,125" (3 mm)

Khoảng cách phát hiện tối đa được đề nghị: 0,25" (6 mm)

Trọng lượng không có chân tiêu đề: 0,11 oz (3,09 g)

Tính năng trong hệ thống:

Phát hiện đường kẻ line, chỉ dẫn vi điều khiển theo đường line

2.1.3 Cảm biến hồng ngoại TCRT5000

Hình THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE DÒ LINE GIẢI MÃ MÊ CUNG.3 TCRT5000[ 15 ]

TCRT5000 cảm biến dò line sử dụng mắt thu phát hồng ngoại TCRT5000 có độnhạy cao, giúp phát hiện được độ tương phản của các màu sắc khác nhau như trắng vàđen Trên mạch sử dụng chip so sánh LM393 hoạt động rất ổn định, có lỗ bắt ốc thuậntiện Được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: đo khoảng cách, phát hiệnchướng ngại vật, dò đường (dò line),

Thông số kỹ thuật:

Hình THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE DÒ LINE GIẢI MÃ MÊ CUNG.4 Module L298N[ 16 ]

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

Có thể điều khiển đồng thời từ 2 tới đối ta 4 động cơ cùng lúc Điều khiển cặp động cơriêng biệt theo chiều mong muốn và tốc độ

Thông số kỹ thuật:

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

Tính năng trong hệ thống:

Điều khiển 4 động cơ, giúp xe di chuyển

Nhận tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển

Thông số kỹ thuật:

Tính năng trong mạch:

Cung cấp nguồn điện ổn định cho module điều khiển động cơ giúp giữnguyên tốc độ xe

2.1.6 Mạch mở rộng Arduino Nano Shield V3.0

Hình THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE DÒ LINE GIẢI MÃ MÊ CUNG.6 Arduino Nano

Shield V3.0[ 18 ]

Mạch mở rộng Arduino Nano Shield là mạch dành riêng cho vi điều khiểnArduino Nano, với nhiệm vụ mở rộng chân cắm của vi điều khiển đồng thời giúp châncắm vi điều khiển dễ dàng thao tác nối với các linh kiện khác

Thông số kỹ thuật:

14 ngõ I/O (servo type with GND, power and signal).

8 analog Pin with power output and GND

Hình THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE DÒ LINE GIẢI MÃ MÊ CUNG.7 Sơ đồ khối

Hệ thống hoạt động nhờ vào sự tương tác tín hiệu giữa các khối trên Mỗi khốitrong mạch có chức năng và vai trò khác nhau

Khối nguồn LM2596S và Pin 18650 cung cấp năng lượng cho các linh kiện giúp

xe có thể hoạt động được

Khối cảm biến TCRT5000 và cảm biến 8 line QTR8A-TH063 phân biệt các linetrên đường đi và phân biệt các line đặc biệt

Khối vi điều khiển Arduino Nano điều khiển các linh kiện khác nhau trong mạch,

và tìm đường ra khỏi mê cung

Khối điều khiển động cơ L298N điều khiển cặp động cơ quay theo chiều, tốc độmong muốn của vi điều khiển

2.3 Thiết kế hệ thống

Phần cứng thiết kế theo từng khối chức năng, mỗi khối có thiết kế và phương phápkết nối khác nhau

2.3.1 Khối nguồn

Sơ đồ kết nối của khối nguồn

Hình THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE DÒ LINE GIẢI MÃ MÊ CUNG.8 Sơ đồ khối nguồn

Các linh kiện trong mạch thường sử dụng nguồn điện từ 12VDC ~ 5VDC Vì thế

để có cấp nguồn điện trong mạch cần sử dụng hai cục pin 18650 3.7VDC mắc song songvới nhau Hai cục pin mắc song song có đầu ra đo được là ~5VDC tối thiểu để cấp nguồncho linh kiện mạch

Module L298N điều khiển động cơ hướng quay và tốc độ quay theo tín hiệu điềukhiển của vi điều khiển Arduino Nano Hai động cơ lấy nguồn trực tiếp từ moduleL298N, nguồn cấp cho module ảnh hướng đến tốc độ của động cơ Vì thế cần mạch hạ ápLM2596S cấp nguồn điện ổn định tránh sai lệch tốc độ không mong muốn khi pin bị hạ

áp trong quá trình sử dụng

2.3.2 Khối cảm biến

Xe dò line theo mê cung cần phải phân biệt giữa màu nền và màu của line Đểphân biệt màu nền và màu line cần có các cảm biến Thường là cảm biến hồng ngoại giúpxác định phân biệt màu

Khối cảm biến chia làm hai phần:

Cảm biến dò line giúp xe bám theo line

Cảm biến phân biệt line giúp xe phân biệt các line ngã rẽ