Thiết kế và chế tạo robot car điều khiển từ xa bằng máy vi tinh

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, trong công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa cũng như tiến trình hội nhập sâu vào nền kinh tế thế giới nói chung và các quốc gia trong tố chức WTO nói riêng đặt ra cho nền kinh tế và sản xuất của chúng ta cần phải đáp ứng được các yêu cầu chung của thế giới. Có thể nhận thấy một điều là nền sản xuất của chúng ta hiện tại mang tính thủ công và hết sức lạc hậu, do đó điều kiện cần và đủ để quá trình hội nhập thành công là phải hiện đại hóa nền kinh tế, hiện đại hóa và tự động quá trình sản xuất. Lịch sử nhân loại đã chứng kiến những cuộc cách mạng về khoa học kĩ thuật và gần đây nhất là cuộc cách mạng về công nghệ thông tin. Với sự trợ giúp của máy tính và hệ thống máy tính, con người đã nâng cao năng su ất và tự động hóa ngày một hiệu quả hơn. Tuy nhiên, nói đến máy tính thì trước hết phải nói đến một lĩnh vực quan trọng gấp bội, đó chính là nền công nghiệp điện tử. Nền công nghiệp điện tử và các sản phẩm của nó là nền tảng cơ bản nhất cho việc ra đời của máy tính và sâu xa hơn chính là nên sản xuất hiện đại ngày nay. Các sản phẩm của công nghi ệp điện tử đã đi sâu vào đời sống của mỗi quốc gia, vùng lãnh thổ và mỗi con người chúng ta. Công nghiệp điện tử là lĩnh vực không thể thiếu đối với tất cả các khía cạnh trong cuộc sống hiện đại nhân loại ngày nay. Nằm trong chương trình đào tạo kĩ sư chuyên ngành cơ điện tử của khoa cơ khí, trường đại học Nha Trang. Với đề tài tốt nghiệp:Thiết kế và chế tạo robot car điều khiển từ xa bằng máy vi tinh. Đây là một đề tài có khối lượng công việc khá lớn, bao gồm cả cơ khí và điện tử và lập trình điều khiển, đòi hỏi sự chính xác cao và có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực mang lại hiệu quả cao. Trong quá trình làm việc em đã rất cố g ắng hoàn thành tốt công việc, nhưng do thời gian có hạn và kinh nghiệm còn non kém. Rất mong được sự góp ý tận tình của các thầy. Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Văn Hùng, thầy Vũ Thăng Long và các thầy trong bộ môn Cơ Điện Tử đã tận tình giúp đỡ em thực hiện xong đề tài này. Nha Trang, ngày 29 tháng 6 năm 2010. Sinh viên thực hiện Nguyễn Thế Cảnh Trang 1 Mục lục Trang LỜI NÓI ĐẦU 1 Mục lục 2 DANH MỤC CÁC HÌNH 4 Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Những khái niệm chung về robot 7 1.2 Ứng dụng robot trong thực tế 7 Chương II TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 2.1. Lý do chọn đề tài 11 2.2. Đặt vấn đề 11 2.3 . Mục đích đề tài 12 2.4.Tổng quan về các khối 12 Chương III CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1. Sơ lược về vô tuyến điện từ 16 3.2. Sơ lược về ATMEGA32 17 3.2.1. Tổng quan về ATMEGA 32 17 3.2.2.Mô tả chân linh kiện 19 3.2.3. USART trong ATMEGA32 20 3.3. Sơ lược về PT2262 21 3.4. Sơ lược về PT2272 23 3.5. Sơ lược về RS232 25 3.6. Sơ lược MODBUS 27 3.6.1. Phân loại 27 3.6.2. Cơ chế giao tiếp 28 3.6.3. Chế độ truyền 29 3.7. Sơ lược về LM35 30 3.8. Sơ lược về Camera 32 Chương IV THIẾT KẾ ROBOT VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 4.1. Thiết kế ban đầu 35 4.1.1. Thiết kế robot 35 4.1.2. Thiết kế phần mạch 36 4.1.3. Kết quả thiết kế ban đầu 43 4.2. Thiết kế chính thức 44 4.2.1. Robot 44 4.2.2.Modul Rf 44 4.2.3 Thiết kế mạch giao tiếp 46 Trang 2 4.3. Thiết kế phần mềm 50 4.4.1. Giải thuật điều khiển robot 50 4.4.2. Giải thuật nhận và hiển thị camera 52 4.4.3. Chuẩn hóa giao thức 53 4.4.4. Giải thuật đo nhiệt độ và gửi nhiệt độ về 55 Chương V THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 5.1.Thực nghiệm 57 5.2 Phân tích kết quả 57 Chương VI KẾT LUẬN VÀ ĐỀ SUẤT 6.1. Kết luận 59 6.2. Đề xuất 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 Trang 3 DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Robot car 7 Hình 1.2: Robot dò mìn 8 Hình 1.3: Robot y học 9 Hình 2.1. At mega32 11 Hình 2.2. Lm35 12 Hình 2.3. Sơ đồ khối mô hình robot 13 Hình 3.1. Quá trình lan truyền song ngang 16 Hình 3.2. Sơ đồ chân atmega32 17 Hình 3.3. Sơ đồ cấu chúc bên trong atmega32 18 Hình 3.4. Sơ đồ khối USART 20 Hình 3.5. PT2262 21 Hình 3.6. Sơ đồ chân PT2262 22 Hình 3.7. Khung dữ liệu của PT2262 22 Hình 3.8. Sơ đồ khối PT2262 23 Hình 3.9. PT2272 24 Hình 3.10. Sơ đồ chân PT2272 25 Hình 3.11. Rs232 25 Hình 3.12. Cổng com 26 Hình 3.13. Lm35 30 Hình 3.14. Các kiểu nguồn Lm35 31 Hình 3.15. Sơ đồ chân của cảm biến nhiệt LM35 31 Hình 3.16. Cách mắc lm35 31 Hình 3.17. Camera 32 Hình 3.18: Bộ kết nối máy tính 33 Hình 4.1. Robot ban đầu 35 Hình 4.2. Sơ đồ mạch nguồn 36 Hình 4.3. Sơ đồ mạch Atmega32 37 Hình 4.4. Sơ đồ modul phát 38 Hình 4.5. Sơ đồ kết nối pt2262 38 Hình 4.6. Anten 39 Hình 4.7. Sơ đồ nguyên lý module thu vô tuyến 40 Hình 4.8. Sơ đồ kết nối pt2272 40 Hình 4.9. Mạch pt2262 41 Hình 4.10. Mạch lm324 42 Hình 4.11. Mạch Pt2272 43 Hình 4.12. Robot sau khi hoàn thành 44 Hình 4.13. Modul hope –rf(RF_TR) 44 Hình 4.14. Kết nối VDK và Rf 45 Hình 4.15. Config hope_rf 45 Hình 4.16. Mạch giao tiếp hope_rf và atmega32 46 Trang 4 Hình 4.17. Gamepess 47 Hình 4.18. Mạch rs232 47 Hình 4.19. Sơ đồ mạch cảm biến 48 Hình 4.20. Sơ đồ mạch opto cách ly 49 Hình 4.21. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ 49 Hình 4.22 Role 5V 50 Lưu đồ 1: Chương trình truyền dữ liệu từ máy tính xuống 51 Lưu đồ 2: Chương trình chính điều khiển robot 52 Lưu đồ 3: Sơ đồ khối hiển thị camera 53 Lưu đồ 5: Chương trình truyền nhiệt độ về 55 Trang 5 Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG Trang 6 1.1 . Những khái niệm chung về robot Ngày nay, người ta vẫn còn đang tranh cãi về vấn đề: “Một loại máy như thế nào thì đủ tiêu chuẩn để được gọi là một robot? Một cách gần chính xác, rôbốt phải có một vài (không nhất thiết phải đầy đủ) các đặc điểm sau đây: - Không phải là tự nhiên, tức là do con người sáng tạo ra. - Có khả năng nhận biết môi trường xung quanh. - Có thể tương tác v ới những vật thể trong môi trường. - Có sự thông minh, có khả năng đưa ra các lựa chọn dựa trên môi trường và được điều khiển một cách tự động theo những trình tự đã được lập trình trước. - Có khả năng điều khiển đuợc bằng các lệnh để có thể thay đổi tùy theo yêu cầu của người sử dụng. - Có thể di chuyển quay hoặc tịnh tiế n theo một hay nhiều chiều. - Có sự khéo léo trong vận động. Theo những kỹ sư robot hình dáng bên ngoài của máy móc không quan trọng bằng việc hoạt động của nó được điều khiển như cách nào. Hệ thống điều khiển càng có tác dụng bao nhiêu, máy móc càng có khả năng được gọi là rôbốt bấy nhiêu. Một đặc điểm tiêu biểu để phân biệt robot nữa đó là khả năng đưa ra các lựa chọn. Càng có khả năng đưa ra nhiều lựa chọn để giải quyết một vấn đề bao nhiêu, robot càng được đánh giá cao. Hình 1.1: Robot car. 1.2 Ứng dụng robot trong thực tế Từ ngàn xưa, loài người đã biết sử dụng công cụ lao động trợ giúp nhằm tăng năng suất lao động. Những công cụ thô sơ đồ đá ban đầu được dần thay thế bằng đồ đồng, đồ sắt. Cùng năm tháng, máy móc ra đời để giải phóng con người khỏi những lao động nặng nhọc, nguy hiểm. Cũng từ đ ó nền công nghiệp dần hình thành và phát triển. Trang 7 Mức độ tự động hóa của những công cụ buổi ban đầu còn thấp, như những cỗ máy chạy bằng hơi nước hay những máy tính to bằng một tòa nhà…. Với sự phát triển như vũ bão của khoa học kỉ thuật, loài người đã tiến bước sâu hơn vào khoảng không và vũ trụ xung quanh. Sự trợ giúp của máy tính và kỉ thuật Robot cho phép con người có thể khám phá thế giới xung quanh mà chỉ vớ i những động tác click chuột. Từ những vi tế bào nằm sâu trong cơ thể cho tới những hành tinh nằm cách xa, chúng ta vẫn có thể thấy được, biết được, và có thể điều khiển được. Những Robot ban đầu với tính năng đơn giản, thô sơ đã dần được thay thế bằng những Robot mà đôi khi mắt người còn không phân biệt được đâu là Robot, đâu là người thật. Tính năng của Robot thì phụ thuộc vào từng lĩnh vực cụ thể nhưng ở bất kì lĩnh vực nào thì sự trợ giúp của nó cũng đáng kể. Nhưng đáng chú ý nhất vẫn là công nghiệp, Robot có thể thay thế hoàn toàn con người ở những khâu mang tính chu kỳ cần độ chính xác cao, đòi hỏi phức tạp, hay ở trong những môi trường nguy hiểm : áp suất cao, phóng xạ, độc hại … Hình 1.2: Robot dò mìn. Với kĩ thuật tiên tiến hiện nay, con người có thể tạo ra những Robot đi sâu vào lòng đất để tìm tài nguyên, nguồn năng lượng mới, khám phá vỏ trái đất hay để truy tìm sự sống ngoài hành tinh mà với bản thân con người không thể chịu được những điều kiện khắc nghiệt như vậy. Công nghệ không dây được ứng dụng cho phép tạo ra những mô hình Robot nhỏ gọn, thông minh, linh hoạt trên mọi địa hình. Bằng cách g ắn thêm camera quan sát từ xa, người ta có thể điều khiển chúng theo ý muốn, tạo hiệu quả công việc như mong muốn. Một trong những hiệu quả mà công nghệ không dây đem lại là cho phép con người có thể ngồi ở một nơi rất xa nhưng vẫn có thể điều khiển được những công việc mà vẫn đạt hiệu quả cao, đảm bảo an toàn cho người vận hành. Mà đặc biệt là những công việ c nguy hiểm, môi trường khắc nghiệt, có ảnh hưởng lớn về sức khỏe cũng như tính mạng con người : ở các lò phản ứng hạt nhân, hầm mỏ sâu trong lòng đất, rà phá bom mìn, khám phá đại dương, tìm kiếm sự sống bên ngoài trái đất… Hiện nay ở một số nước tiên Trang 8 tiến, Robot với tính năng điều khiển từ xa có thể giúp đỡ việc nhà, chăm sóc sức khỏe cho người bệnh hay hỗ trợ những tính năng cho người tàn tật… Với những ưu điểm đó, công nghệ không dây ngày càng được ưa chuộng thể hiện xu thế tất yếu của thời đại. Hình 1.3: Robot y học. Robot ngày càng quan trọng với con người và gần gũi với mỗi chúng ta, nó thay thế ta làm mọi việc, từ nhưng việc nhỏ như hút bụi đến việc thây thế con người chui xuống hầm sâu, hay cống nước để xử lý, mà trước đó do chính bàn tay con người phải làm. Trang 9 Chương II TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Trang 10 [...]... là chuyển tín hiệu điều khiển từ máy tính sang Robot và thu nhận phản hồi từ Robot về máy tính - Khối thu thập số liệu, là cảm biến nhiệt độ, và lượng pin - Robot là đối tượng cần điều khiển trong sơ đồ Trang 13 - Robot được thiết kế là robot car thực thi tất cả những hành động mà người điều khiển ra lệnh cho nó - Với mô hình kín điều khiển trên cho phép ta có thể sử dụng Robot vào nhiều lĩnh vực của... khiển đã đi sâu vào đời sống sinh hoạt và sản xuấtcủa con người Thực tế hiện nay là hầu hết các thiết bị điện dân dụng hiện nay đều có sự góp mặt của Vi Điều Khiển và vi xử lí Ứng dụng vi điều khiển trong thiết kế hệ thống làm giảm chi phí thiết kế và hạ giá thành sản phẩm đồng thời nâng cao tính ổn định của thiết bị và hệ thống Hình 2.1 At mega32 Trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển: họ 8051... 3.18: Bộ kết nối máy tính - Cả 2 bộ đều có angten để bức xạ sóng - Sử dụng nguồn 9V (cả 2 bộ) - Khoảng cách có thể truyền khoảng 50 đến 70m Trang 33 Chương IV THIẾT KẾ ROBOT VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN Trang 34 Trong chương này trình bày về quá trình chế tạo robot, nguyên lí mạch và các bản thiết kế mạch cho đối tượng Robot cần điều khiển Robot có 3 động cơ điều khiển chính, mạch cảm biến giúp Robot có... lệch kích thước mã đã nói trên Và kết quả là họ vi điều khiển AVR ra đời với vi c làm giảm kích thước đoạn mã khi biên dịch và thêm vào đó là thực hiện lệnh đúng đơn chu kỳ máy với 32 thanh ghi tích lũy và đạt tốc độ nhanh hơn các họ vi điều khiển khác từ 4 đến 12 lần Vì thế nghiên cứu AVR là một đề tài khá lý thú và giúp cho sinh vi n biết thêm một họ vi điều khiển vào loại mạnh nhất hiện nay Ngày... sóng Radio từ máy tính 4.1 Thiết kế ban đầu 4.1.1 Thiết kế robot - Thiết kế ban đầu là robot gồm 8 động cơ, 6 bánh chủ động Hình 4.1 Robot ban đầu - Robot được thiết kế dựa vào cơ cấu hình bình hành - 4 bánh chủ động ở giữa luôn cùng 1 mặt phẳng - Bánh sau có nhiệm vụ đẩy khi robot lên dốc đồng thời có nhiệm vụ giữ cân bằng - Bánh trước có nhiệm vụ dẫn hướng cho robot Trên cần trước của robot có 1... đề xuất mô hình Robot điều khiển không dây bằng máy tính dưới đây : Máy tính Max232 Modul hope_rf 1 RF Modul hope_rf 2 Nguồn Camera Board điều khiển Cảm biến lm35 Cơ cấu chấp hành Hình 2.3 Sơ đồ khối mô hình robot Trong đó: - Máy tính đóng vai trò chủ đạo trong điều khiển mọi hành động của Robot Người điều khiển không cần quan sát trực tiếp Robot mà có thể ngồi trước màn hình máy tính và ra lệnh thực... dây điều khiển robot car, và cảm biến nhiệt độ LM35 Kết hợp với máy tính ghi nhận sự thay đổi nhiệt độ và phân tích đánh giá nhờ công nghệ truyền dữ liệu không dây Hình 2.2 Lm35 2.4.Tổng quan về các khối Ở Vi t Nam, vi c ứng dụng công nghệ không dây và Robot điều khiển từ xa chưa được rộng rãi Hiện đại hóa công nghiệp là con đường phát triển của đất nước, do đó vi c ứng dụng kỉ thuật không dây vào... gắn lên robot, tín hiệu được truyền về máy tính, và dựa vào đó ta có thể thấy đường đi của robot và điều khiển nó đi theo ý muốn Hình 3.17 Camera Để có thể kết nối với máy tính ta cần thêm 1 bộ chuyển đổi kết nối máy tính và bội thu “ Aver Media DVD EZMaker USB Plus” Trang 32 Camera có 2 bộ phận là thu và phát, bộ phát là bộ gắn trên robot nhận hình ảnh rồi gửi về, còn bộ nhận là bộ kết nối vơi máy tính... trở nối trên chân 15 và 16 : f= R/12 Trang 22 - Dựa vào tần số PT2262 ta có thể làm mạch phát và nhận hồng ngoại Điện áp làm vi c trong diện rộng từ : 2,5V – 15V nhưng theo thực nghiệm tốt nhất ta dùng ở khoảng 9V – 12V Hình 3.8 Sơ đồ khối PT2262 Mạch được thiết kế cho Remote điều khiển và giao tiếp máy tính Vi c mã hóa kênh truyền được thực thi bằng chương trình trong vi điều khiển, tương ứng với... hình ảnh sẽ lấy từ camera gắn trên Robot phản hồi về, và các thông số được robot thu thập - Chuẩn truyền thông nối tiếp RS232 cho phép khoảng các kết nối giữa máy tính và thiết bị ngoại vi được xa, ít bị nhiễu tác động Sự hỗ trợ của MSCOMM trong VisualBasic giúp vi c lập trình trở nên đơn giản, giao diện sinh động, trực quan - Khối thu, phát sóng Radio là kênh liên lạc giữa máy tính và Robot thực thi . tài tốt nghiệp :Thiết kế và chế tạo robot car điều khiển từ xa bằng máy vi tinh. Đây là một đề tài có khối lượng công vi c khá lớn, bao gồm cả cơ khí và điện tử và lập trình điều khiển, đòi hỏi. giữa máy tính và Robot thực thi. Nó có tác dụng là chuyển tín hiệu điều khiển từ máy tính sang Robot và thu nhận phản hồi từ Robot về máy tính. - Khối thu thập số liệu, là cảm biến nhiệt độ, và. 4.1.1. Thiết kế robot 35 4.1.2. Thiết kế phần mạch 36 4.1.3. Kết quả thiết kế ban đầu 43 4.2. Thiết kế chính thức 44 4.2.1. Robot 44 4.2.2.Modul Rf 44 4.2.3 Thiết kế mạch giao