ỨNG DỤNG SÓNG CAO TẦN VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT

ỨNG DỤNG SÓNG CAO TẦN VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG SÓNG CAO TẦN VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT GVHD: CÔ VÕ THỊ THU HỒNG SVTH: LÊ TRUNG HIẾU MSSV: 40600684 Tp HCM, tháng 1/2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG SÓNG CAO TẦN VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT ỨNG DỤNG SÓNG CAO TẦN VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT GVHD: Cô Võ Thị Thu Hồng SVTH : Lê Trung Hiếu LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay khoa học-kỹ thuật và công nghệ phát triển một cách nhanh chóng về mọi mặt, đặt biệt là ngành điện- điện tử viễn thông, nó đã góp một phần không thể thiếu trong cuộc sống của mỗi chúng ta. Đặc biệt với sự ra đời của kỹ thuật vô tuyến, nó đã giúp cho cuộc sống chúng ta tiện nghi, thoải mái hơn và giúp cho con người thâm nhập, khám phá, chinh phục những nơi không thể trực tiếp đặt chân đến được. Nhiều ứng dụng của kỹ thuật vô tuyến vào các lĩnh vực nghiên cứu, sản xuất, đời sống đã góp phần rất hiệu quả và làm thay đổi mạnh mẽ đời sống của toàn nhân loại. Hiện nay kỹ thuật vô tuyến đã được ứng dụng hầu hết nhiều quốc gia trên thế giới. Nó được ứng dụng để truyền tín hiệu, truyền dữ liệu, điều khiển từ xa…Ở nước ta kỹ thuật vô tuyến cũng đã được sử dụng rộng rãi song vẫn còn hạn chế vì sự phức tạp ở khâu thi công, khoảng cách truyền, sự chính xác, vấn đề nhiễu nên hiệu quả đạt được chưa cao. Tuy nhiên với lòng đam mê, ham học hỏi, tính sáng tạo ở lĩnh vực mới này, bên cạnh đó bản thân em khi thi công luận văn cũng mong muốn tạo ra một sản phẩm có tính ứng dụng, đồng thời cũng là dịp đánh giá lại kiến thức đã học trong suốt quá trình học tập trên giảng đường đại học. Em nhận thấy việc ứng dụng kỹ thuật vô tuyến vào việc điều khiển robot là một đề tài hết sức lý thú nên em quyết định chọn đề tài “ỨNG DỤNG SÓNG CAO TẦN VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT” để thiết kế và thi công. Quá trình thực hiện đề tài em đã học hỏi thêm nhiều kiến thức mới, củng cố lại kiến thức đã học và cũng như một thái độ làm việc nghiêm túc, độc lập. Luận văn này hoàn thành là tâm huyết của em trong một thời gian dài và cũng như một lời cảm ơn gửi đến Thầy Cô đã tận tình hướng dẫn em. Trong quá trình thực hiện đề tài vẫn còn nhiều hạn chế do một số yếu tố khách quan. Vì vậy em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ quý Thầy Cô để luận văn có thể được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cám ơn. Sinh viên thực hiện: Lê Trung Hiếu TÓM TẮT LUẬN VĂN Nội dụng luận văn của sinh viên gồm có những phần chính như sau: Chương 1: Giới thiệu tổng quan về đề tài. Chương này sẽ giới thiệu tầm quan trọng của truyền thông vô tuyến, một số yêu cầu kỹ thật và đặc tính kỹ thuật mà robot điều khiển cần phải có. Cuối chương sẽ đề ra mục đích mà luận văn hướng đến. Chương 2: Giới thiệu một số vấn đề lý thuyết cần thiết cho việc thực hiện luận văn như: tổng quan về thu phát vô tuyến, phương pháp điều chế FSK, từ đó giới thiệu những linh kiện mà luận văn sử dụng như: MCU 89v51RD2xx, Module RF HMTR/TTL. Chương 3: Thiết kế robot wireless và mạch điều khiển. Chương này sẽ trình bày mạch điện điều khiển robot kết hợp với Module RF, PC, bàn phím,v v . Những mạch điện này được sử dụng trong khi thi công phần cứng. Chương 4: Chương trình điều khiển robot wireless. Chương này sẽ trình bày các module chính của chương trình điều khiển robot wireless. MỤC LỤC Trang Chương 1: DẪN NHẬP 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ . 1 1.2. TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI . 1 1.3. YÊU CẦU VÀ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT . 2 1.4. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU . 3 Chương 2: CÁC VẤN ĐỀ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN VÀ LINH KIỆN SỬ DỤNG 2.1. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA . 5 2.1.1. GIỚI THIỆU 5 2.1.2. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG SÓNG VÔ TUYẾN . 5 2.1.3. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ . 8 2.2. LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU CHẾ 8 2.2.1. GIỚI THIỆU 8 2.2.2. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ FSK (frequency shift keying) . 9 2.2.2.1. Phương pháp hoạt động của phương pháp FSK 9 2.2.2.2. Phương trình toán học của FSK . 10 2.3. NHỮNG LINH KIỆN SỬ DỤNG 11 2.3.1. IC THU PHÁT RF:HM-TR 915 . 11 2.3.1.1. Giới thiệu . 11 2.3.1.2. Các đặc điểm kỹ thuật 11 2.3.1.3. Các lĩnh vực ứng dụng . 11 2.3.1.4. Mạch và sơ đồ chân . 12 2.3.1.5. Chức năng các chân . 13 2.3.1.6. Các thông số cơ bản . 14 2.3.1.7. Thiết lập hoạt động 14 2.3.2. VI ĐIỀU KHIỂN HỌ 8051 . 18 2.3.2.1. Dải đếm lập trình được PCA (Programmable Counter Array) 18 2.3.2.2. Timer 2 27 2.3.3. IC GIAO TIẾP MAX232 34 2.3.4. CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN CÁCH LY 34 2.3.4.1. Opto Transistor (4N35) 34 2.3.4.2. Relay 12V 35 Chương 3: MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ROBOT 3.1. TỔNG QUÁT VỀ PHẦN CỨNG . 36 3.1.1. SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH PHÁT VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI 36 3.1.2. SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH THU VÀ CHỨC NĂNG NHIỆM VỤ CỦA TỪNG KHỐI . 37 3.2. KHỐI NGUỒN 44 3.3. MODULE MCU . 40 3.4. MODULE CHUYỂN ĐỔI TÍN HIỆU 41 3.5. MODULE BÀN PHÍM . 42 3.6. MODULE LÁI ĐỘNG CƠ 43 3.7. KHỐI CÁCH LY NGUỒN TẢI . 44 3.8. KHỐI KHUẾCH ĐẠI DÒNG ÁP IC2803 44 3.9. BÀN PHÍM ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY 45 3.10. LAYOUT CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN ROBOT 47 3.10.1. TOP LAYER 47 3.10.2. BOT LAYER 48 3.10.3. SST LAYER (LỚP LINH KIỆN) . 49 3.10.4. MẠCH THỰC TẾ 50 3.10.5. ROBOT SAU KHI THI CÔNG 51 3.11. LAYOUT CHO MẠCH BẰNG TAY 52 3.11.1. TOP LAYER (MẠCH ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY) . 52 3.11.2. BOT LAYER (MẠCH ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY) 52 3.11.3. MẠCH THỰC TẾ 53 3.11.4. MẠCH SAU KHI THI CÔNG 54 3.12. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 55 Chương 4: PHẦN MỀM VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 4.1. PHẦN MỀM DOCK LIGHT 56 4.2. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 56 4.2.1. CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH Main.c 56 4.2.2. HEADER declare.h . 57 4.2.3. HEADER define_sfr_const.h . 58 4.2.4. MODULE init_PCA_timer.c . 60 4.2.5. MODULE delay_func.c . 61 4.2.6. MODULE init_UART.c 62 4.2.7. MODULE process_motor.c . 63 4.2.8. MODULE moving.c 65 4.2.9. MODULE action.c 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH SÁCH LIỆT KÊ HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ khối mạch phát vô tuyến Hình 2.2: Sơ đồ khối mạch thu vô tuyến Hình 2.3: Dạng sóng của phương pháp điều chế FSK Hình 2.4: Phổ tần của phương pháp điều chế FSK Hình 2.5: Hình ảnh về module theo chuẩn RS232 Hình 2.6: Hình ảnh về module theo chuẩn TTL Hình 2.7: Sơ đồ chân tổng quát của module Hình 2.8: Sơ đồ kết nối giữa module và thiết bị thu phát Hình 2.9: Sơ đồ giao tiếp giữa module với cổng COM Hình 2.10: Sơ đồ giao tiếp giữa modu với MAX232 Hình 2.11: Hình minh họa cho giao diện của chương trình HM-TR SETUP UTILITY Hình 2.12: Hình dạng 3 chiều của module Hình 2.13: Hình dạng module khi nhìn từ trên xuống Hình 2.14: Hình dạng module khi nhìn ngang Hình 2.15: PCA Modules Hình 2.16: Các bit cờ ngắt của PCA Hình 2.17: PCA hoạt động ở chế độ 16-bit Capture Hình 2.18: PCA hoạt động ở chế độ 16-bit timer Hình 2.19: PCA hoạt động ở chế độ High-Speed Output Hình 2.20: PCA hoạt động ở chế độ Pulse Width Modulator Hình 2.21: PCA Watchdog Timer Hình 2.22: Timer 2 Capture mode Hình 2.23: Timer 2 Auto-reload mode (DCEN = 0) Hình 2.24: Timer 2 Auto-reload mode (DCEN = 1) Hình 2.25: Timer 2 Programmable Clock-out mode Hình 2.26: Timer 2 Baudrate Generator Hình 2.27: Sơ đồ chân và sơ đồ logic IC MAX232 Hình 2.28: Sơ đồ chân OPTO TRANSISTOR 4N35 Hình 3.1: Sơ đồ khối board điều khiển (master) Hình 3.2: Sơ đồ khối mạch thu Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lí khối nguồn Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lí phần điều khiển của mạch Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý của MAX232 Hình 3.6: Bàn phím chọn chương trình Hình 3.7: Nguyên lý mạch lái động cơ Hình 3.8: Điều khiển động cơ với relay hỗ trợ đảo chiều Hình 3.9: Khối cách ly dùng opto Hình 3.10: Khối khuếch đại dòng áp IC2803 Hình 3.11: Đặc tính IC2803 Hình 3.12: Bàn phím điều khiển bằng tay Hình 3.13: TOP Layer Hình 3.14: BOT Layer Hình 3.15: SST Layer (lớp linh kiện) Hình 3.16: Mạch thực tế Hình 3.17: ROBOT sau khi thi công Hình 3.18: TOP Layer (Mạch điều khiển bằng tay) Hình 3.19: BOT Layer (Mạch điều khiển bằng tay) Hình 3.20: Mạch bằng tay sau thi công DANH SÁCH LIỆT KÊ BẢNG Bảng 2.1: Chức năng các chân Bảng 2.2: Các thông số cơ bản Bảng 2.3: Thanh ghi CMOD Bảng 2.4: Tóm tắt chức năng các bit của thanh ghi CMOD Bảng 2.5: Chọn nguồn xung nhịp cho PCA Bảng 2.6: Thanh ghi CCON Bảng 2.7: Tóm tắt chức năng các bit của thanh ghi CCON Bảng 2.8: Thanh ghi CCAPM Bảng 2.9: Tóm tắt chức năng các bit của thanh ghi CCAPMn Bảng 2.10: Thanh ghi T2MOD Bảng 2.11: Tóm tắt chức năng các bit thanh ghi T2MOD Bảng 2.12: Thanh ghi T2CON Bảng 2.13: Tóm tắt chức năng các bit thanh ghi T2CON Bảng 2.14: Tóm tắt cách thức khởi tạo chế độ hoạt động cho timer 2 Bảng 2.15: Giá trị nạp ở một số baudrate thông dụng Bảng 3.1: Hoạt động của IC 74151 ỨNG DỤNG SÓNG CAO TẦN VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT GVHD: Cô Võ Thị Thu Hồng 1 SVTH: Lê Trung Hiếu Chương 1 DẪN NHẬP 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Thông tin liên lạc đóng vai trò hết sức quan trọng đời sống hằng ngày của chúng ta. Để truyền đi những thông điệp xa hơn, chúng ta phải cần đến những hệ thống truyền tín hiệu. Nó mang lại sự thuận tiện cho con người. Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học-kỹ thuật và công nghệ thì kỹ thuật vô tuyến và điều khiển tự động ngày càng được quan tâm và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Ngày nay điều khiển vô tuyến không còn là một vấn đề quá khó khăn và phức tạp nữa. Ở Việt nam thì thì lĩnh vực vô tuyến cũng đã và đang phát triển mạnh mẽ. Nó góp phần vào sự phát triển chung của đất nước. Vì vậy xuất phát từ những nhu cầu tất yếu của cuộc sống, việc điều khiển vô tuyến đã trở nên phổ biến. Hiện nay, cũng có rất nhiều thiết bị khác nhau làm nhiệm vụ đó từ thiết bị đơn giản đến phức tạp như điều khiển bằng hồng ngoại, bằng RF, bằng máy tính, bằng thiết bị di động… Với việc tìm hiểu nhu cầu thực tế xã hội, nhằm góp phần vào phục vụ nhu cầu ngày càng cao đời sống con người. Đồng thời được sự giúp đỡ, hướng dẫn của giáo viên chuyên môn và vận dụng các kiến thức đã học như lập trình, vi điều khiển, giao tiếp máy tính, kỹ thuật vô tuyến vào thực tế. Em đã chọn đề tài: “ỨNG DỤNG SÓNG CAO TẦN VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT” để trước tiên là làm cơ sở tốt nghiệp và sau đó là tổng kết lại toàn bộ kiến thức đã học trong suốt 5 năm trên giảng đường đại học. Do thời gian tìm hiểu, kiến thức và trình độ có hạn, cũng như vấn đề tài chính eo hẹp. Nên em chỉ “Thiết kế và thi công Robot có thể di chuyển và thực hiện một số lệnh đơn giản bằng cách điều khiển Robot từ xa bằng sóng cao tần”. 1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI Đây là một đề tài có ý nghĩa rất lớn trong việc ôn lại, vận dụng và đánh giá những kiến thức đã học áp dụng vào thực tế sau một thời gian dài học tập tại trường Đại Học Bách Khoa. Trong khi tìm hiểu một số vấn đề được đưa ra nghiên cứu như: [...]... trộn sóng là tín hiệu trung tần, tín hiệu này vẫn còn thành phần sóng mang Do đó mạch tách sóng có nhiệm vụ loại bỏ tín hiệu sóng mang để lấy tín hiệu điều khiển mà thôi GVHD: Cô Võ Thị Thu Hồng SVTH: Lê Trung Hiếu 7 ỨNG DỤNG SÓNG CAO TẦN VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT  Khối giải mã Có nhiệm vụ giải mã để tái tạo lại tín hiệu điều khiển gốc để phát ra lệnh đúng yêu cầu  Khối điều khiển Nhận tín hiệu điều khiển. .. Thị Thu Hồng SVTH: Lê Trung Hiếu 11 ỨNG DỤNG SÓNG CAO TẦN VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT  Truy cập điều khiển  Thu thập dữ liệu  Ứng dụng trong thiết kế tòa nhà thông minh 2.3.1.4 Mạch và sơ đồ chân Hình 2.5: Hình ảnh về module theo chuẩn RS232 Hình 2.6: Hình ảnh về module theo chuẩn TTL GVHD: Cô Võ Thị Thu Hồng SVTH: Lê Trung Hiếu 12 ỨNG DỤNG SÓNG CAO TẦN VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT Hình 2.7: Sơ đồ chân tổng quát... ĐIỀU KHIỂN ROBOT  Với sản phẩm tạo ra ngoài việc dùng điều khiển Robot còn có thể ứng dụng vào điều khiển thiết bị gia đình, quản lý thiết bị trong các cơ quan trường học, nhà hàng hay khách sạn … góp phần tiết kiệm chi phí và thời gian đi lại kiểm tra GVHD: Cô Võ Thị Thu Hồng SVTH: Lê Trung Hiếu 4 ỨNG DỤNG SÓNG CAO TẦN VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT Chương 2 CÁC VẤN ĐỀ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN VÀ LINH KIỆN SỬ DỤNG.. .ỨNG DỤNG SÓNG CAO TẦN VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT  Với những môi trường nguy hiểm có bức xạ cao, nhiệt độ hay có nồng độ độc tố cao, sử dụng robot điều khiển từ xa là một giải pháp rất hiệu quả và triệt để  Trong nhà máy sản xuất, việc điều khiển thiết bị ở những nơi nguy hiểm độc hại cho sức khoẻ con người, nên sử dụng các thiết bị điều khiển từ xa  Trong lĩnh vực dân dụng, nhiều thiết... cửa ra vào, quạt máy, hệ thống điều hoà nhiệt độ, thiết kế nhà thông minh… cũng có thể được ứng dụng để điều khiển từ xa Từ những lý do đó cho thấy việc nghiên cứu, thực hiện đề tài này có một ý nghĩa rất quan trọng Việc ứng dụng đề tài vào điều khiển từ xa sẽ đảm bảo an toàn cho người điều khiển Nếu ứng dụng vào sản xuất kinh tế sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao Ứng dụng vào thiết bị điện gia dụng sẽ... thông của hai điều chế ASK riêng biệt ở hai tần số điều chế khác nhau Hình 2.4: Phổ tần của phương pháp điều chế FSK Với:  f0: thành phần tần số cơ bản = ¼ tốc độ bit  fS: Tần số dịch tần GVHD: Cô Võ Thị Thu Hồng SVTH: Lê Trung Hiếu 10 ỨNG DỤNG SÓNG CAO TẦN VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT 2.3 NHỮNG LINH KIỆN SỬ DỤNG 2.3.1 IC THU PHÁT RF:HM-TR 915 2.3.1.1 Giới thiệu Đây là module thu phát RF với tần số sóng mang... chọn vào module để làm việc  Nút “Default” :sử dụng lại các thông số mặc định của module GVHD: Cô Võ Thị Thu Hồng SVTH: Lê Trung Hiếu 16 ỨNG DỤNG SÓNG CAO TẦN VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT Hình 2.12: Hình dạng 3 chiều của module Hình 2.13: Hình dạng module khi nhìn từ trên xuống Hình 2.14: Hình dạng module khi nhìn ngang GVHD: Cô Võ Thị Thu Hồng SVTH: Lê Trung Hiếu 17 ỨNG DỤNG SÓNG CAO TẦN VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT. .. hợp với sensor, robot có khả năng di chuyển linh hoạt và khi nâng cấp có thể thao tác một số công việc Trên board mạch lắp sẵn module cảm biến biên độ áp sử dụng op-amp để sử dụng robot được linh hoạt với các ứng dụng cần dò đường hay đọc nhiệt độ GVHD: Cô Võ Thị Thu Hồng SVTH: Lê Trung Hiếu 2 ỨNG DỤNG SÓNG CAO TẦN VÀO ĐIỀU KHIỂN ROBOT Module hiển thị led tích hợp sẵn trên board điều khiển, dùng 2 chân... Khối tạo sóng mang Tạo ra tín hiệu cao tần làm sóng mang tin tức để truyền tín hiệu từ nơi phát đến nơi nhận  Khối điều chế Trộn tín hiệu cao tần từ mạch dao động với tín hiệu điều khiển để cho ra tín hiệu sóng mang có tần số cao để bức xạ ra môi trường Có nhiều cách điều chế như: ASK, FSK, AM, PM, FM…  Khối khuếch đại cao tần Khuếch đại tín hiệu cao tần từ khối điều chế cho đủ mạnh rồi đưa ra antena... LỆNH ĐIỀU KHIỂN MÃ HÓA ĐIỀU CHẾ KHUẾCH ĐẠI CAO TẦN DAO ĐỘNG TẠO SÓNG MANG Hình 2.1: Sơ đồ khối mạch phát vô tuyến  Giải thích sơ đồ khối  Khối phát lệnh điều khiển Tạo ra các lệnh điều khiển bằng các phím Phím có thể là phím đơn hoặc ma trận phím  Khối mã hóa Chuyển đổi tín hiệu điều khiển được tạo ra từ bàn phím thành tín hiệu dao động có tần số đặc trưng cho lệnh điều khiển đó  Khối tạo sóng mang