CHƯƠNG IV THIẾT kế điện tử mô HÌNH XE CHẠY tự ĐỘNG

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ ĐIỆN TỬ MÔ HÌNH XE CHẠY TỰ ĐỘNG Thiết kế phần cứng 1.1 Mạch giao tiếp với máy tính Sử dụng FT232 RL giao tiếp chuyển đổi USB to USART Hình 3.1: M ạch giao tiếp FT232RL Cài đặt driver cho cổng COM Cắm mạch chuyển đổi vào cổng USB máy tinh sau kích chuột phải Computer chọn manage, xuất bảng sau tiếp tục chọn Device Manager Tiếp tục chọn xuất bảng: Unknown device Properties Hình 3.2: Mô t ả cài đặt driver cho c COM Chọ n Update Driver Hình 3.3: Bảng chọn update driver Chọn thấy bảng: Hình 3.4: Bảng chọn thư mục có ch ứa file update Tiếp đến chọn tìm kiếm thư mục chứa driver nhấn Next Ta thiết lập cổng COM cài đặt phần mềm lập trình phải thiết lập tín hiệu phần mềm truyền qua cổng COM 1.2 Mạch điều khiển Thiết kế mạch điều khiển orcad 1.2.1 Mạch nguyên lý Hình 3.5: M ạch nguyên lý vi điều khiển Mạch sử dụng nguồn 12v, qua mạch nguồn cho nguồn vôn ổn định nuôi vi điều khiển Vi điều khiển sử dụng thạch anh 8MH - Sơ lược LM7805: Hình 3.6: LM7805 Đầu vào từ 7v đến 18v LM7805 cho đầu vôn 1.2.2 Mạch in vi điều khiển Hình 3.7: M ạch in vi điều khiển 1.3 Mạch công suất 1.3.1 Mạch nguyên lý Hình 3.8: Nguyên lý mạch công su ất - Sử dụng Fet để điều xung PWM Sơ lược Fet: Hình 3.9: Mô t ả hoạt động c Fet Loại N: Mosfet có điện trở cực G với cực S cực G với cực D vô lớn , điện trở cực D cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch cực G cực S (UGS) Khi điện áp UGS = điện trở RDS lớn, điện áp UGS > => hiệu ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS lớn điện trở RDS nhỏ Mosfet mở cho dòng qua - Sử dụng opto để cách ly vi điều khiể n mạch công su ất Hình 3.10: Hoạt động c opto Với chân nhận tín hiệu vào, chân nối mass (0 vôn), chân nối với mức áp cao Khi có tín hiệu truyền tới chân số 1, (như hình 3.9), chân thông mạch, cho dòng qua - Sử dụng relay chân, dùng đảo chi ều động Hình 3.11: Ho ạt động relay Như (hình 3.10) chân cấp nguồn, chân nối mass (0 vôn) Động nối vào chân Tiếp điểm hình dòng từ chân 6,7 qua động tới chân 2,3 xuống mass, động quay Và cuộn dây kích dòng ngược lại, động đảo chiều 1.3.2 Mạch in công suất Hình 3.12: M ạch in công suất 1.4 Sơ lược servo bẻ lái Hình 3.13: hoạt động servo Để điều khiển servo ta cấp cho dây điều khiển tín hiệu PWM có chu kỳ khoảng 20ms, duty cycle PWM định góc xoay servo Với độ rộng xung 1ms, servo xoay vị trí độ, độ rộng =2ms, góc xoay 180 độ, từ ta tính duty cycle cần thiết muốn servo xoay đến vị trí độ 180 độ Ở đề tài để điều khiển bẻ lái ta qui ước xe thẳng ứng với góc servo 90 độ Như tương tự góc lái rẽ trái servo (0,90), góc lái rẽ phải servo (0, 180) độ Thiết kế phần mềm 2.1 Giới thiệu Atmega 16 tính sử dụng cho đề tài Sơ lược Atmega16 Atmega16 Atmelga16L có đầy đủ tính họ AVR, làm công việc ứng dụng tới vi điều khiển Tính năng: - Bộ nhớ16K(flash) 512 byte (EEPROM) K (SRAM) - 40 chân , có 32 chân vào liệu chia làm - PORT A,B,C,D Các chân có trở kéo lên - Giao tiếp SPI - Giao diện I2C Có kênh ADC 10 bit - so sánh analog - bô timer/counter bit, timer/counter1 16 bit - định thời Watchdog - truyền nhận USART Các tính sử dụng cho đề tài: 2.1.1 Truyền nhận USART (Universal Synchronous & Asynchronous serial Reveiver and Transmitter) (bộ truyền nhận nối tiếp đồng không đồng bộ) Khái niệm “đồng bộ” để “báo trước” trình truyền Khác với cách truyền đồng bộ, truyền thông “không đồng bộ” cần đường truyền cho trình “Khung liệu” chuẩn hóa thiết bị nên không cần đường xung nhịp báo trước liệu đến USART hay UART cần phải kết hợp với thiết bị chuyển đổi mức điện áp để tạo chuẩn giao tiếp Ví dụ, chuẩn RS232 (hay COM) máy tính cá nhân kết hợp chip UART chip chuyển đổi mức điện áp Tín hiệu từ chip UART thường theo mức TTL: mức logic high 5, mức low 0V Trong đó, tín hiệu theo chuẩn RS232 hay USB máy tính cá nhân thường -12V cho mức logic high +12 cho mức low Hình 3.14: Mô tả khung truyề n tín hiệu chuẩn RS232, UART Sử dụng truyền thông nối tiếp không đồng với AVR (UART) Vi điều khiển Atmega32 có module truyền thông nối tiếp USART Có chân liên quan đến module chân xung nhịp - XCK (chân số 1), chân truyền liệu – TxD (Transmitted Data) chân nhận liệu – RxD (Reveived Data) Trong chân XCK sử dụng chân phát nhận xung giữ nhịp chế độ truyền động Tuy nhiên không khảo sát chế độ truyền thông đồng bộ, cần quan tâm đến chân TxD RxD Vì chân truyền/nhận liệu đảm nhiệm chức độc lập (hoặc truyền, nhận), để kết nối chip AVR với (hoặc kết nối AVR với thiết bị hỗ trợ UART khác) phải đấu “chéo” chân TxD thiết bị thứ kết nối với RxD thiết bị ngược lại Module USART chip Atmega16 hoạt động “song công” (Full Duplex Operation), nghĩa trình truyền nhận liệu xảy đồng thời Để sử dụng module USART AVR phải thực việc quan trọng, là: cài đặt tốc độ baud (thanh ghi UBRR), định dạng khung truyền (UCSRB, UCSRC) cuối kích hoạt truyền, nhận, ngắt 2.1.2 Timer/Counter Sử dụng Timer/Counter1 để tạo xung PWM điều khiển tốc độ động cơ: Timer/Counter1 T/C 16 bits, đa chức Đây T/C lý tưởng cho lập trình đo lường điều khiển có độ phân giải cao (16 bits) có khả tạo xung điều rộng PWM Có kênh tạo xung PWM OC1A OC1B Hình 3.15: xung PWM Ta sử dụng chế độ Fast PWM với giá trị TOP gán ghi ICR1, từ tùy ý gán giá trị vào ghi OCR1A để điều khiển độ rộng xung, làm thay 2.2 Nguyên lý điều khiển Cảm biến (Camera) Máy tính xử lý (Labview) Mạch chuyển đổi tín hiệu Vi điều khiển Động Mạch công suất Vi sai Servo Hệ thống lái Bánh xe Trong timer1 có ghi chứa giá trị hoạt động TCNT1 Thanh ghi bắt đầu đếm từ giá trị OCR1A tín hiệu thay đổi trạng thái từ mức cao thành mức thấp, giá trị ghi OCR1 TCNT1 reset trở (hết chu kỳ) Cứ vậy, trình đổi độ PWM động tạo tốc xung Hình 3.17: Nguyên lý điều khiển Mạch chuyển đổi tín hiệu nhận tín hiệu từ máy tính với khung truyền chuẩn hóa, liệu truyền bit (hình 3.13) chuyển thành chuẩn USART truyền tới USART vi điều khiển Vi điều khiển dựa vào tínHình hiệu3.16: nhậnTđược PWM phát tín hiệu điều khiển tốc độ ạo xung động góc bẻ lái servor Tín hiệu truyền từ máy tính tín hiệu điều khiển thống với nhau, qui định trước với tín hiệu truyền tới ứng với tín hiệu điều khiển Cũng có nghĩa ứng với chế độ mà cảm biến (camera) nhận tốc độ xe góc bẻ lái tương ứng Ví dụ: Ta dùng OC1A để điều khiển động cơ, OC1B để điều khiển servo (chân 18, 19 vi điều khiển) Khi tín hiệu mà vi điều khiển nhận 00011000 (mã nhị phân bit), với tín hiệu yêu cầu xe phải chạy thẳng (servo 90 độ) (phần servo hình 3.12), tốc độ đạt 50% Như vi điều khiển tạo xung PWM có độ rộng xung chu kỳ nó, tương ứng gán giá trị OCR1A=1/2 ICR1 để điều khiển động (phần timer1 hình 3.14) Để điều khiển góc quay servo ta cần phải ý đến xung nhịp hoạt động timer1 Giả sử tần số chip 8Mh, ta cài đặt xung nhịp timer1 chia 8, ứng với 1Mh, có ngĩa us ghi TCNT1 tăng đơn vị Vậy để chu kỳ 20ms phải gán giá trị ICR1=20000 Như để điều khiển servo 90 độ gán OCR1B=1500 (1,5 ms) (phần servor hình 3.12) PHẦN KẾT LUẬN Trong trình nghiên cứu đề tài, lượng thời gian không nhiều chúng em cố gắng hết khả để đạt mục đích đề Cùng nổ lực thân, chúng em nhận hướng dẫn nhiệt tình thầy Lê Thanh Phúc anh trước nhiệt tình góp ý Đồ án sâu phần mềm nghiên cứu vẽ khí, ứng dụng phần mềm kỹ thuật Catia thiết kế hệ thống xe tự động thực tế Ngoài ứng dụng phần mềm thiết kế mạch điện để hoàn thiện mô hình Qua thiết kế, tính toán theo lý thuyết chúng em đưa mô hình thực tế nằm giới hạn cho phép, độ tin cậy cao Tuy nhiên đồ án nhiều thiếu sót chưa có điều kiện sâu Nhưng phần góp phần cho nghiên cứu hướng phát triển mô hình xe tự động tương lai TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://hocavr.com [2] Giáo trình ô tô trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí Minh [3] http://www.meslab.org/mes/archive/index.php/f-194.html [4] http://vntech.vn/threads/mf-bai-tap-thuc-hanh-catia.5608/ [5] http://www.otofun.net/threads/97-thua%CC%A3t-ngu%CC%83-oto [6] http://www.download.com.vn/docs/tu-hoc-microsoft-excel- ebook/download [7 ] http://dientuvietnam.net [...]... động thực tế Ngoài ra còn ứng dụng các phần mềm thiết kế mạch điện để hoàn thiện mô hình Qua thiết kế, tính toán theo lý thuyết chúng em đã đưa ra mô hình thực tế nằm trong giới hạn cho phép, độ tin cậy cao Tuy nhiên đồ án còn nhiều thiếu sót và chưa có điều kiện đi sâu hơn Nhưng cũng một phần nào góp phần cho sự nghiên cứu và hướng phát triển mô hình xe tự động trong tương lai TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]... servor hình 3.12) PHẦN KẾT LUẬN Trong quá trình nghiên cứu đề tài, tuy lượng thời gian không nhiều nhưng chúng em đã cố gắng hết khả năng để đạt được mục đích đề ra Cùng sự nổ lực bản thân, chúng em nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Lê Thanh Phúc và các anh đi trước đã nhiệt tình góp ý Đồ án đi sâu phần mềm nghiên cứu vẽ cơ khí, ứng dụng phần mềm kỹ thuật Catia thiết kế hệ thống xe tự động thực... trong chế độ truyền động bộ Tuy nhiên chúng ta không khảo sát chế độ truyền thông đồng bộ, vì thế chỉ cần quan tâm đến 2 chân TxD và RxD Vì các chân truyền/nhận dữ liệu chỉ đảm nhiệm 1 chức năng độc lập (hoặc là truyền, hoặc là nhận), để kết nối các chip AVR với nhau (hoặc kết nối AVR với thiết bị hỗ trợ UART khác) phải đấu “chéo” 2 chân này TxD của thiết bị thứ nhất kết nối với RxD của thiết bị 2 và ngược... kết hợp với một thiết bị chuyển đổi mức điện áp để tạo ra một chuẩn giao tiếp nào đó Ví dụ, chuẩn RS232 (hay COM) trên các máy tính cá nhân là sự kết hợp của chip UART và chip chuyển đổi mức điện áp Tín hiệu từ chip UART thường theo mức TTL: mức logic high là 5, mức low là 0V Trong khi đó, tín hiệu theo chuẩn RS232 hay USB trên máy tính cá nhân thường là -12V cho mức logic high và +12 cho mức low Hình. .. chính là quá trình đổi độ PWM động cơ tạo tốc xung Hình 3.17: Nguyên lý điều khiển Mạch chuyển đổi tín hiệu sẽ nhận tín hiệu từ máy tính với một khung truyền được chuẩn hóa, dữ liệu truyền là 8 bit (hình 3.13) chuyển thành chuẩn USART truyền tới bộ USART của vi điều khiển Vi điều khiển dựa vào tínHình hiệu3.16: nhậnTđược và PWM phát tín hiệu điều khiển tốc độ ạo xung động cơ và góc bẻ lái của servor... ứng với một chế độ mà cảm biến (camera) nhận được thì tốc độ của xe và góc bẻ lái tương ứng Ví dụ: Ta dùng OC1A để điều khiển động cơ, OC1B để điều khiển servo (chân 18, 19 của vi điều khiển) Khi tín hiệu mà vi điều khiển nhận được là 00011000 (mã nhị phân 8 bit), với tín hiệu này thì yêu cầu xe phải chạy thẳng (servo ở 90 độ) (phần servo hình 3.12), tốc độ đạt 50% Như thế vi điều khiển sẽ tạo ra xung... và OC1B Hình 3.15: xung PWM Ta sử dụng chế độ Fast PWM với giá trị TOP được gán trong thanh ghi ICR1, từ đó tùy ý gán giá trị vào thanh ghi OCR1A để điều khiển độ rộng của xung, làm thay 2.2 Nguyên lý điều khiển Cảm biến (Camera) Máy tính xử lý (Labview) Mạch chuyển đổi tín hiệu Vi điều khiển Động cơ Mạch công suất Vi sai Servo Hệ thống lái Bánh xe Trong timer1 có thanh ghi chứa giá trị hoạt động của... cho đề tài: 2.1.1 Truyền nhận USART (Universal Synchronous & Asynchronous serial Reveiver and Transmitter) (bộ truyền nhận nối tiếp đồng bộ và không đồng bộ) Khái niệm “đồng bộ” để chỉ sự “báo trước” trong quá trình truyền Khác với cách truyền đồng bộ, truyền thông “không đồng bộ” chỉ cần một đường truyền cho một quá trình “Khung dữ liệu” đã được chuẩn hóa bởi các thiết bị nên không cần đường xung nhịp... đạt 50% Như thế vi điều khiển sẽ tạo ra xung PWM có độ rộng xung bằng một nữa chu kỳ của nó, tương ứng thì gán giá trị OCR1A=1/2 ICR1 để điều khiển động cơ (phần timer1 hình 3.14) Để điều khiển được góc quay của servo thì ta cần phải chú ý đến xung nhịp hoạt động của timer1 Giả sử tần số của chip là 8Mh, ta cài đặt xung nhịp của timer1 là chia 8, ứng với 1Mh, có ngĩa cứ 1 us thì thanh ghi TCNT1 tăng 1... high và +12 cho mức low Hình 3.14: Mô tả khung truyề n và tín hiệu chuẩn RS232, UART Sử dụng truyền thông nối tiếp không đồng bộ với AVR (UART) Vi điều khiển Atmega32 có 1 module truyền thông nối tiếp USART Có 3 chân chính liên quan đến module này đó là chân xung nhịp - XCK (chân số 1), chân truyền dữ liệu – TxD (Transmitted Data) và chân nhận dữ liệu – RxD (Reveived Data) Trong đó chân XCK chỉ được