vi điều khiển robot dò đường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -o-VIỆN ĐIỆN-oBỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO Đề tài: Mạch đèn ngủ báo thức tự động sử dụng IC555 GVHD: Thầy Nguyễn Công Phương SVTH: Võ Thanh Tùng MSSV:20146832 Nguyễn Thanh Long MSSV:20146450 Hà Nội,ngày…tháng…năm 2016 Mạch đèn ngủ báo thức tự động sử dụng IC555 LỜI MỞ ĐẦU Lời cho em xin cám ơn Thầy Nguyễn Công Phương giúp đỡ nhóm em nhiều trình thực làm đề tài Ngày ngành điều khiển tự động hóa ngành phát triển, đáp ứng nhu cầu phát triển khoa học kĩ thuật, đặc biệt có ứng dụng thực tiễn đời sống người Chính em lựa chọn đề tài mạch đèn ngủ báo thức tự động làm đề tài cho đồ án Trong trình hoàn thành em học hỏi tích lũy nhiều kiến thức: + Phương pháp làm việc khoa học, kĩ làm việc nhóm thể tinh thần đồng đội, tính đoàn kết tự giác + Giúp chúng em cải thiện khả tìm tòi kiến thức, tự lập tìm kiếm kiến thúc từ nhiều nguồn khác Tuy nhiên trình hoàn thành đề tài gặp nhiều khó khan Vì kết nhiều thiếu sót, không mong đợi Mong thầy Nguyễn Công Phương giúp đỡ chúng em để hoàn thiện Từ mở rộng ứng dụng khác, thực tiễn đời sống người Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn Thầy giúp hướng dẫn nhóm em hoàn thành đề tài SVTH Võ Thanh Tùng Page Mạch đèn ngủ báo thức tự động sử dụng IC555 MỤC LỤC GIỚI THIỆU CHUNG Vi điều khiển máy tính tích hợp chíp, thường sử dụng để điều khiển thiết bị điện tử Vi điều khiển thực chất gồm vi xử lý có hiệu suất đủ cao giá thành thấp (so với vi xử lý đa dùng máy tính) kết hợp với thiết bị ngoại vi nhớ, mô đun vào/ra, mô đun biến đổi từ số sang tương tự từ tương tự sang số, mô đun điều chế độ rộng xung (PWM) Vi điều khiển thường dùng để xây dựng hệ thống nhúng Nó xuất nhiều dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, dây truyền tự động Hầu hết loại vi điều khiển có cấu trúc Harvard loại cấu trúc mà nhớ chương trình nhớ liệu phân biệt riêng Page Mạch đèn ngủ báo thức tự động sử dụng IC555 Cấu trúc vi điều khiển gồm CPU, nhớ chương trình (thường nhớ ROM nhớ Flash), nhớ liệu (RAM), định thời, cổng vào/ra để giao tiếp với thiết bị bên ngoài, tất khối tích hợp vi mạch Đề tài thiết kế xe chạy theo đường vẽ sẵn chúng em thực dựa kiến thức mạch điện tử, vi xử lý nói chung vi điều khiển họ 8051 nói riêng thầy giáo hướng dẫn lớp Thực đề tài tiền đề để chúng em nắm kiến thức vi điều khiển 8051, từ tạo sở để tiếp tục nghiên cứu họ vi điều khiển khác AVR, PIC, ARM… phục vụ trình học tập làm việc sau Chúng em chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hồng Quang hướng dẫn chúng em hoàn thành tập MÔ TẢ KỸ THUẬT 2.1 THIẾT KẾ MẠCH A) Mạch nguồn Trong khối nguồn sử dụng pin 3.7V 11.1V.Mặt khác hệ thống điều khiển cần phải có nguồn 5V để cung cấp cho khối VI ĐIỀU KHIỂN khối SENSORS Để tạo nguồn 5V DC sử dụng IC ổn áp 7805, với đầu vào gồm đất chung toàn hệ thống nguồn 12 VDC lấy trực tiếp từ nguồn pin IC ổn áp LM7805 lắp tản nhiệt loại nhỏ để tản bớt nhiệt hoạt động giúp khối nguồn toàn mạch hoạt động ổn định Page Mạch đèn ngủ báo thức tự động sử dụng IC555 Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý khối mạch nguồn 2 2 2 1 1 Hình 2.2: Sơ đồ mạch in mạch nguồn B) Mạch cảm biến Đường xe vẽ vạch đen nằm trắng Để xe nhận đường đi, chúng em sử dụng cặp led thu phát hồng ngoại đặt gần Các led phát phát ánh sáng đỏ, led thu có điện trở phụ thuộc vào có nhận ánh sáng phản xạ từ đường hay không Page Mạch đèn ngủ báo thức tự động sử dụng IC555 Khi cặp thu phát vị trí trắng, ánh sáng từ led phát phát phản xạ trắng tới led thu Led thu thu ánh sáng điện trở giảm xuống, điện áp cực Anot led thu gần Ngược lại, vị trí vạch đen, ánh sáng từ led phát phát không phản xạ lại bị vạch đen hấp thụ Led thu không nhận ánh sáng nên điện áp cực Anot gần V Điện áp từ led thu đem so sánh với điện áp chuẩn chỉnh hợp lý qua IC LM324 mức logic 0-1, đưa vào vi điều khiển xử lý IC LM324 gồm kênh so sánh Trong đó, đầu vào đảo nối với cực Anot led thu đầu vào không đảo nối với điện áp so sánh từ chiết áp Khi led trắng, mức điện áp led thu đo 3.0V, ngược lại, mức điện áp thu đo bắt vào vạch đen 4.6 V Điện áp so sánh (Vref) đặt qua biến trở 10k 3.8 V Khi trắng: Vled thu Vref nên Output=0 Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý khối led thu phát Page Mạch đèn ngủ báo thức tự động sử dụng IC555 Hình 2.6: Mạch so sánh sử dụng LM324 3 14 13 12 11 10 1 1 14 13 12 11 10 1 2 3 2 1 1 1 2 1 1 1 2 2 2 1 2 1 2 2 2 2 Hình 2.5: Mạch in hệ thống cảm biến C) Mạch điều khiển Khối gồm có Vi điều khiển AT89S52, mạch RESET, mạch tạo dao động, led báo vạch từ mạch SENSORS, Jumpers đầu vào dùng để nạp ISP +Vi điều khiển AT89S52 sử dụng có đầy đủ chức vi điều khiển AT89C51 Ngoài có thêm timer (timer2) có nhớ Flash, Page Mạch đèn ngủ báo thức tự động sử dụng IC555 công nghệ nạp ISP (In System Programming) tức nạp mà không cần tháo chip khỏi mạch, giúp việc lập trình test thuận tiện + Mạch RESET có chức reset lại hoạt động vi điều khiển, nối vào chân số vi điều khiển chân tích cực cao Khi chân số set lên vi điều khiển reset lại Để chống rung ấn nút, dùng tụ hóa nối song song với nút ấn + Mạch DAO ĐỘNG sử dụng thạch anh 12Mhz, chu kì máy 1us, thuận tiện cho việc tính toán lập trình Tuy nhiên có hạn chế truyền thông với máy tính qua cổng COM (đòi hỏi thạch anh 11.0592Mhz) Thạch anh nối đất với tụ gốm 33p để lọc nhiễu + Các led báo vạch dùng để phản ánh tình trạng led thu phát mạch SENSORS Khi cặp thu-phát bắt vào vạch đen led báo tương ứng sáng lên ngược lại Nói cách khác, led báo phản ánh vị trí lệch xe so với vạch đen, từ giúp tìm khắc phục lỗi chương trình thuận tiện nhiều Page Mạch đèn ngủ báo thức tự động sử dụng IC555 Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 2 1 2 1 21 20 22 19 23 18 24 17 25 16 26 15 27 14 28 13 29 12 30 11 31 10 32 33 34 35 36 5 37 38 39 40 2 1 1 2 2 1 2 1 2 Hình2.9: Mạch in khối điều khiển D) Khối động Sử dụng IC L298 IC tích hợp nguyên khối gồm mạch cầu H bên Với điện áp làm tăng công suất nhỏ động DC loại vừa.Mình tóm tắt qua chức chân L298: - chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 nối với chân 5, 7, 10, 12 L298 Đây chân nhận tín hiệu điều khiển - chân OUTUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương ứng với chân INPUT) nối với chân 2, 3,13,14 L298 Các chân nối với động - Hai chân ENA ENB dùng để điều khiển mạch cầu H L298 Nếu mức logic “1” (nối với nguồn 5V) cho phép mạch cầu H hoạt động, mức logic “0” mạch cầu H không hoạt động Với toán trên, bạn cần lưu ý đến cách điều khiển chiều quay với L298: - Khi ENA = 0: Động không quay với đầu vào - Khi ENA = 1: INT1 = 1; INT2 = 0: Động quay thuận INT1 = 0; INT2 = 1: Động quay nghịch INT1 = INT2: Động dùng tức Page Mạch đèn ngủ báo thức tự động sử dụng IC555 Với ENB tương tự với INT3, INT4 Hình2.12: Mạch nguyên lý khối động 2.2 MÔ TẢ PHẦN CỨNG CPU Cấu trúc chung vi điều khiển họ 8051 Một số thành phần vi điều khiển 8051: CPU: não vi điều khiển, thực phép toán số học, logic Các cổng vào để nhận, truyền liệu mạch ngoại vi khác bên dùng để định địa sử dụng nhớ  Rom: nơi lưu trữ nhớ chương trình để CPU thực lệnh, điều khiển hoạt động vi điều khiển  Ram: nhớ   Page 10 Mạch đèn ngủ báo thức tự động sử dụng IC555 Các timer, đếm: sử dụng nhiều để tạo trễ, dùng hoạt động ngắt  Cổng nối tiếp để truyền thông máy tính  ……  Các bus liệu, bus điều khiển, bus địa để liên kết khối vi điều khiển Vi điều khiển sử dụng tập AT89S52 hãng Atmel Một số đặc điểm chỉnh vi điều khiển sau:  o o o o o o o o o Tương thích với tập lệnh 8051 8K nhớ FLASH hỗ trợ nạp ISP Điện áp hoạt động 4.0V-5.5V Tần số dao động cấp 0-33Mhz 256x8b Ram nội 32 đường xuất nhập định thời 16 bit nguồn ngắt Hỗ trợ truyền thông máy tính cổng nối tiếp Sơ đồ chân vi điều khiển AT89S52 minh họa hình dưới: 2.3 MÔ TẢ THIẾT KẾ CÁC PHẦN KHÁC Page 11 Mạch đèn ngủ báo thức tự động sử dụng IC555 Thân xe gồm có bánh trước để dẫn động, bánh sau quay 360o , động sử dụng loại 12V chiều gắn vào thân xe Mạch cảm biến kết nối với vi điều khiển qua dây bus gồm có chân cấp nguồn 5V, vào chân tín hiệu 2.4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM Chương trình viết cho vi điều khiển sử dụng ngôn ngữ C với trình dịch phần mềm Keil C.Sơ đồ khối điều khiển tóm tắt sau : MẠCH SENSORS MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XE CHUYỂN ĐỘNG Lưu đồ thuật toán điều khiển: KHỞI TẠO GIỚI THIỆU DÒ ĐƯỜNG LỆCH YES NO Cua trái Or Cua phải Đi thẳng Page 12 Mạch đèn ngủ báo thức tự động sử dụng IC555 YES NO Chương trình bắt vạch đích VẠCH 2.5 CÁC BƯỚC KIỂM TRA     Kiểm tra điện áp đưa từ khối nguồn: 5.02V Kiểm tra điện áp cực Anot led thu qua không qua vạch đen: tốt Kiểm tra hoạt động tín hiệu gửi thông qua led báo: tốt Kiểm tra hoạt động IC L298: tốt KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ PHÂN TÍCH LỖI Vấn đề 1: Đọc xử lý tín hiệu SENSORS Tính toán, thu thập trường hợp xe lệch khỏi đường, xe gặp khúc cua, xe không bắt vạch đen, xe bắt vạch đích, xe cua góc cua gấp… Xử lý trường hợp nào? Trong trình test xe, nhiều Sensors bắt không chuẩn không ổn định Khắc phục: Để thu thập trường hợp, dùng tay đẩy xe theo đường đặc biệt khúc cua ghi tín hiệu hiển thị led báo về, tính toán trường hợp lệch trái, lệch phải, lệch ít, lệch nhiều, không lệch, bắt vạch đích… Hàn mối hàn mạch SENSORS, kiểm tra cáp nối với mạch vi điều khiển, điều chỉnh biến trở để lấy điện áp so sánh hoạt động ổn định đưa vào IC LM324 3.8V Kết quả:Mạch hoạt động ổn định, SENSORS bắt tốt, tín hiệu báo mạch vi điều khiển chuẩn xác Vấn đề 2: Cách điều chế độ rộng xung PWM để đưa vào chân EN1, EN2 điều khiển chiều quay tốc độ quay hai động truyền động Trong trình test xe, chúng em gặp vấn đề: băm xung xe không chạy, băm xung với hai giá trị vào EN1 EN2 tốc độ quay hai động không trường hợp động quay không với chương trình Ví dụ trường hợp Led báo có lúc động quay thuận, lúc quay ngược Khắc phục: Hiệu chỉnh chương trình băm xung cho hợp lý Mô chương trình nói riêng mạch vi điều khiển, động nói chung phần mềm mô mạnh Proteus Page 13 Mạch đèn ngủ báo thức tự động sử dụng IC555 4.KẾT LUẬN Qua trình làm tập lớn vi điều khiển với sản phẩm thực tế xe chạy theo đường này, chúng em học hỏi nhiều kiến thức: thiết kế xe, thiết kế mạch, làm mạch in, lập trình, hiệu chỉnh… Điều quan trọng chúng em làm sản phẩm dựa kiến thức học từ lý thuyết thực tế quãng đường dài Bài tập giúp chúng em hiểu thêm cấu trúc Vi điều khiển 8051 tập lệnh nó, tạo tiền đề để tiếp tục nghiên cứu vi điều khiển ứng dụng mạnh AVR, PIC, ARM…., PLC, hệ thống SCADA, DSC…, phục vụ cho trình làm việc, nghiên cứu sau tốt nghiệp Chúng em chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Hồng Quang hướng dẫn, truyền đạt kiến thức để hoàn thành tập MỞ RỘNG ĐỀ TÀI Để có xe tự hành có khả di chuyển bắt vạch với độ phức tạp cao đường đi, xe đạt tốc độ lớn đề tài nghiên cứu tiếp sau: Sử dụng hộp số động có momen lớn hơn, Sử dụng encoder để phản hồi tốc độ, xây dựng vòng điều khiển để động nhanh chóng ổn định tốc độ cao • Kết hợp ADC với mạch sensor để xử lý, loại bỏ hoàn toàn tác động nhiễu Có thể đưa thêm nút bấm để lựa chọn chiến thuật LCD xe chạy đường có nhiều ngã tư nhiều lối Và để dễ dàng việc phát triển thuật toán việc nghiên cứu sử dụng vi điều khiển có nhiều tính AVR hay PIC hướng • • Tuy nhiên việc xe tự hành di chuyển bắt vạch ứng dụng thực tế lắm, nên để phát triển đề tài thành ứng dụng có tính thực tiễn phần sensor cần phát triển để nhận biết vật cản nói chung không vạch đen đơn Công nghệ xử lý ảnh hướng phát triển hợp lý cho phần sensor.Từ xe tự hành di chuyển đường ta nghiên cứu phát triển phần khí điều khiển để xe thực số công việc gặp vật cản nhặt đồ bị rơi, gắp quà (trong thi robocon), chí thu dọn rác hay ấn nút mở cửa…! TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài giảng lớp Cấu trúc lập trình họ vi điều khiển 8051 – Nguyễn Tăng Cường Phan Quốc Thắng Họ vi điều khiển 8051- Tống Văn On_Hoàng Đức Hải Page 14 Mạch đèn ngủ báo thức tự động sử dụng IC555 Một số trang web: www.dientuvietnam.net www.picvietnam.com www.8051projects.com www.dieukhien.net …… - PHỤ LỤC 7.1 DANH SÁCH THIẾT BỊ Số lượng Tên thiết bị Pin+ đế pin Module cảm biến hồng ngoại Module L298 Tụ điện loại: tụ sứ 33p, tụ hóa 10uF, 330uF, 0.1uF Vài Điện trở loại: 330, 10k, Vài LM7805 AT89S52+đế Thạch anh 12Mhz Tản nhiệt loại nhỏ Công tắc nguồn Jump loại Vài Cáp nối sợi Phíp đồng, hóa chất 7.2 MÃ NGUỒN Page 15 Mạch đèn ngủ báo thức tự động sử dụng IC555 #include sbit PWM=P0^0; sbit PWM1=P0^5; // bam xung dong co trai // bam xung dong co phai sbit LED1=P3^4; // sensor o vi tri ben trai xa sbit LED2=P3^3; // sensor o vi tri ben trai gan sbit LED3=P3^2; // sensor o vi tri ben phai gan sbit LED4=P3^1; // sensor o vi tri ben phai xa sbit EN1=P0^0; // dieu khien dong co trai sbit IN1=P0^1; // dong co trai quay thuan sbit IN2=P0^2; // dong co trai quay nguoc sbit IN3=P0^3; // dong co phai quay thuan sbit IN4=P0^4; // dong co phai quay nguoc sbit EN2=P0^5; // dieu khien dong co phai unsigned char dem; unsigned char ptxung; // phan tram xung unsigned char ptxung1; // phan tram xung void timer0(void) interrupt // ngat timer { TR0=0; // khong chay timer TF0=0; // co tran thi xoa ve dem++; if(dem[...]... gồm có 2 chân cấp nguồn 5V, vào 4 chân tín hiệu 2.4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM Chương trình vi t cho vi điều khiển sử dụng ngôn ngữ C với trình dịch là phần mềm Keil C.Sơ đồ khối điều khiển được tóm tắt như sau : MẠCH SENSORS MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XE CHUYỂN ĐỘNG Lưu đồ thuật toán điều khiển: KHỞI TẠO GIỚI THIỆU DÒ ĐƯỜNG LỆCH YES NO Cua trái Or Cua phải Đi thẳng Page 12 Mạch đèn ngủ và báo thức...  ……  Các bus dữ liệu, bus điều khiển, bus địa chỉ để liên kết các khối trong vi điều khiển Vi điều khiển sử dụng trong bài tập này là AT89S52 của hãng Atmel Một số đặc điểm chỉnh của vi điều khiển này như sau:  o o o o o o o o o Tương thích với tập lệnh 8051 8K bộ nhớ FLASH hỗ trợ nạp ISP Điện áp hoạt động là 4.0V-5.5V Tần số dao động cấp là 0-33Mhz 256x8b Ram nội 32 đường xuất nhập 3 bộ định thời... đích… Hàn chắc các mối hàn mạch SENSORS, kiểm tra cáp nối với mạch vi điều khiển, điều chỉnh biến trở để lấy điện áp so sánh hoạt động ổn định đưa vào IC LM324 là 3.8V Kết quả:Mạch hoạt động ổn định, SENSORS bắt rất tốt, tín hiệu báo về trên mạch vi điều khiển chuẩn xác Vấn đề 2: Cách điều chế độ rộng xung PWM để đưa vào chân EN1, EN2 điều khiển chiều quay cũng như tốc độ quay của hai động cơ truyền động... chuyển trên đường bất kì và ta có thể nghiên cứu phát triển phần cơ khí và các bộ điều khiển để xe có thể thực hiện một số công vi c nào đó khi gặp vật cản như nhặt đồ bị rơi, gắp quà (trong cuộc thi robocon), thậm chí có thể là thu dọn rác hay ấn nút mở cửa…! 6 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Bài giảng trên lớp 2 Cấu trúc và lập trình họ vi điều khiển 8051 – Nguyễn Tăng Cường Phan Quốc Thắng 3 Họ vi điều khiển 8051-... trên những kiến thức đã học vì từ lý thuyết ra thực tế là cả một quãng đường dài Bài tập này giúp chúng em hiểu thêm cấu trúc của Vi điều khiển 8051 cũng như tập lệnh của nó, tạo tiền đề để tiếp tục nghiên cứu các vi điều khiển ứng dụng mạnh hơn như AVR, PIC, ARM…., các bộ PLC, các hệ thống SCADA, DSC…, phục vụ cho quá trình làm vi c, nghiên cứu sau khi tốt nghiệp Chúng em chân thành cảm ơn thầy giáo... nói riêng cũng như mạch vi điều khiển, động cơ nói chung bằng phần mềm mô phỏng rất mạnh là Proteus Page 13 Mạch đèn ngủ và báo thức tự động sử dụng IC555 4.KẾT LUẬN Qua quá trình làm bài tập lớn vi điều khiển với sản phẩm thực tế là chiếc xe chạy theo đường đi này, chúng em đã học hỏi được rất nhiều kiến thức: thiết kế xe, thiết kế mạch, làm mạch in, lập trình, hiệu chỉnh… Điều quan trọng là chúng... thêm các nút bấm để lựa chọn chiến thuật trên LCD khi xe chạy trên đường có nhiều ngã tư và nhiều lối đi Và để dễ dàng trong vi c phát triển thuật toán hơn thì vi c nghiên cứu sử dụng các vi điều khiển có nhiều tính năng như AVR hay PIC có thể là hướng tiếp theo • • Tuy nhiên vi c xe tự hành di chuyển bắt vạch không có ứng dụng thực tế lắm, nên để có thể phát triển đề tài thành ứng dụng có tính thực... truyền thông máy tính cổng nối tiếp Sơ đồ chân của vi điều khiển AT89S52 được minh họa như hình dưới: 2.3 MÔ TẢ THIẾT KẾ CÁC PHẦN KHÁC Page 11 Mạch đèn ngủ và báo thức tự động sử dụng IC555 Thân xe gồm có 2 bánh trước để dẫn động, bánh sau quay được 360o , 2 động cơ sử dụng là loại 12V một chiều được gắn vào thân xe Mạch cảm biến kết nối với vi điều khiển qua dây bus 6 gồm có 2 chân cấp nguồn 5V, vào... cao của đường đi, xe đạt tốc độ lớn thì đề tài có thể nghiên cứu tiếp như sau: Sử dụng hộp số và động cơ có momen lớn hơn, Sử dụng encoder để phản hồi tốc độ, xây dựng vòng điều khiển để động cơ có thể nhanh chóng ổn định ở tốc độ cao • Kết hợp ADC với mạch sensor để xử lý, loại bỏ hoàn toàn các tác động của nhiễu Có thể đưa thêm các nút bấm để lựa chọn chiến thuật trên LCD khi xe chạy trên đường có... #include sbit PWM=P0^0; sbit PWM1=P0^5; // bam xung dong co trai // bam xung dong co phai sbit LED1=P3^4; // sensor 1 o vi tri ben trai xa sbit LED2=P3^3; // sensor 2 o vi tri ben trai gan sbit LED3=P3^2; // sensor 5 o vi tri ben phai gan sbit LED4=P3^1; // sensor 6 o vi tri ben phai xa sbit EN1=P0^0; // dieu khien dong co trai sbit IN1=P0^1; // dong co trai quay thuan sbit IN2=P0^2; // dong