thiết kế robot dò line

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao. Các bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển tuy đơn giản nhưng để vận hành và sử dụng được lại là một điều rất phức tạp. Các bộ vi điều khiển theo thời gian cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn đã tiến triển rất nhanh, từ các bộ vi điều khiển 4 bit đơn giản đến các bộ vi điều khiển 32 bit, rồi sau này là 64 bit. Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công – nông – lâm – ngư nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hằng ngày. Robot có vai trò rất quan trọng trong đời sống hiện nay đặc biệt là những ứng dụng của nó trong công nghiệp, sản xuất kinh tế, quốc phòng…. Vì vậy chúng em chọn đề tài “ Thiết kế và thi công robot dò đường ứng dụng vi điều khiển” để làm đồ án tích hợp 1. Mặc dù đã rất cố gắng thiết kế và làm mạch nhưng do năng lực còn hạn chế nên mạch vẫn còn những sai sót. Em mong thầy giáo và các bạn góp ý để em sớm hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 3

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ROBOT DÒ ĐƯỜNG 4

1 Giới thiệu các loại robot dò đường 4

1.1 Robot ứng dụng cảm biến để dò đường 4

1.2 Robot ứng dụng xử lý hình ảnh để dò đường 4

2 Các phương án thực hiện đề tài 4

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU MỘT SỐ LINH KIỆN SẼ DÙNG 6

2.1 Thiết kế sơ đồ khối, phân tích từng khối 6

2.2 Một số linh kiện sẽ dùng 6

2.2.1 Khối cảm biến 6

2.2.2 Khối điều khiển 7

2.2.3 Khối động lực 10

2.2.4 Khối Nguồn 11

CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH 12

3.1 Thiết kế mạch cho từng khối 12

3.1.1 Khối điều khiển trung tâm 12

3.1.2 Khối cảm biến 13

3.1.3 Khối động lực 14

3.1.4 Khối nguồn 14

3.2 Thiết sơ đồ nguyên lý toàn mạch 15

3.3 Thiết kế mạch in 16

3.4 Lưu đồ thuật toán điều khiển 17

3.5 Chương trình điều khiển 18

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 19

-LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao

Các bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển tuy đơn giản nhưng để vận hành

và sử dụng được lại là một điều rất phức tạp Các bộ vi điều khiển theo thời gian cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn đã tiến triển rất nhanh, từ các bộ vi điều khiển 4 bit đơn giản đến các bộ vi điều khiển 32 bit, rồi sau này là 64 bit Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công – nông – lâm – ngư

nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hằng ngày

Robot có vai trò rất quan trọng trong đời sống hiện nay đặc biệt là những ứng dụng của nó trong công nghiệp, sản xuất kinh tế, quốc phòng… Vì vậy

chúng em chọn đề tài “ Thiết kế và thi công robot dò đường ứng dụng vi điều

khiển” để làm đồ án tích hợp 1.

Mặc dù đã rất cố gắng thiết kế và làm mạch nhưng do năng lực còn hạn chế nên mạch vẫn còn những sai sót Em mong thầy giáo và các bạn góp ý để em sớm hoàn thành đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

Giáo viên hướng dẫn : Đặng Văn Khanh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Tuyền

Đào Ngọc Tuyên

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày Tháng Năm GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký tên)

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ROBOT DÒ ĐƯỜNG.

1 Giới thiệu các loại robot dò đường.

Các loại robot lau dò đường hiện nay có những kỹ thuật dẫn đường cho robot khác nhau Có hai hướng chính đó là sử dụng cảm biến và sử dụng hình ảnh

1.1 Robot ứng dụng cảm biến để dò đường.

Trên thị trường có rất nhiều loại robot dò đường sử dụng cảm biến để tránh dò đường, tất cả đều hoạt động theo nguyên tắc chung là sử dụng cảm biến siêu âm, cảm biến hồng ngoại, cảm biến quang trở, để nhận biết đường đi

Ưu điểm của việc sử dụng cảm biến cho robot dò đường là tín hiệu vào ra

ở hai mức là cao và thấp lên dễ cho việc lập trình điều khiển

1.2 Robot ứng dụng xử lý hình ảnh để dò đường.

Với phương án xử lý hình ảnh, chúng ta sử dụng camera để quét trên trần nhà xử lý hình ảnh để tạo bản đồ di chuyển cho robot

Tuy nhiên robot sử dụng công nghệ xử lý hình ảnh trên có nhược điểm là không thể hoạt động trong điều kiện thiếu ánh sáng nên dần dần được người sử dụng chuyển sang sử dụng cảm biến để dò đường cho robot làm việc

Từ đó, chúng em sẽ chọn sử dụng cảm biến để nhận biết đường đi cho robot

2 Các phương án thực hiện đề tài.

Dùng cảm biến quang: Ở đây ta dùng LED siêu sáng và quang trở để cảm biến dò đường Khi LED phát tin hiệu và có tín hiệu phản xạ thì quang trở sẽ thay đổi điện trở phát tín hiệu vào ic opamp để so sánh rồi đưa vào vi điều khiển

để vi điều khiển xử lý rối đưa ra tín hiệu để phát lệnh điều khiển động cơ

 Dễ bị ảnh hưởng bởi ánh sáng trắng từ môi trường xung quanh

Dùng cảm biến hồng ngoại: mắt phát hồng ngoại sẽ phát ra sóng ánh sáng

có bước sóng hồng ngoại , ở mắt thu bình thường thì có nội trở rất lớn (khoảng vài trăm kilo ôm ) , khi mắt thu bị tia hồng ngoại chiếu vào thì nội trở của nó giảm xuống ( khoảng vài chục ôm)

Dùng 1 con oppam chẳng hạn để tạo các mức logic 0 và 1 bằng cách so sánh 2 giá trị điện áp của cầu chia điện trở (ở đây ta dùng biến trở ) và điện áp trên anot của mắt nhận hồng ngoại Nếu khi có tia hồng ngoại chiếu vào mắt nhận thì nội trở mắt nhận giảm nên điện áp trên cực anot của mắt nhận sẽ tăng lên , khi điện áp này lớn hơn điện áp của cầu phân áp bằng điện trở thì mức điện áp ra sẽ

là VCC ( mức logic 1) ngược lại là mức logic 0

 Ít bị ảnh hưởng ánh sáng từ môi trường xung quanh

Vậy chọn phương án dùng cảm biến hồng ngoại.

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU MỘT SỐ LINH KIỆN SẼ DÙNG

2.1 Thiết kế sơ đồ khối, phân tích từng khối.

Hình 2.1: Sơ đồ khối toàn mạch

 Khối nguồn: Cung cấp nguồn điện cho toàn mạch hoạt động

 Khối cảm biến: Nhận biết đường đi, đưa tín hiệu vào khối điều khiển

 Khối điều khiển: Nhận biết và xử lý tín hiệu từ khối cảm biến, đồng thời điều khiển tín hiệu ra khối động lực

 Khối động lực: Nhận biết tín hiệu từ khối điều khiển để điểu khiển hướng

đi cho robot

2.2 Một số linh kiện sẽ dùng

2.2.1 Khối cảm biến

 Giới thiệu Module Thu Phát Hồng Ngoại MH-IR01

 Một vài thong số kỹ thuật:

- Nguồn cung cấp (VCC): 3,3V – 5V

- Đâu ra: logic (0,1)

- Kích thước: 3,2 x 1,4 cm

- Đầu ra có thể kết nối trực tiếp với chân I/O của vi điều khiển

- IC so sánh LM393 hoạt động ổn định

 Thứ tự và chức năng các chân:

- 1: Chân cấp nguồn 5V

- 2: Chân GND.

- 3: Chân OUT :logic (mức 1 hoặc mức 0)

Hình 2.2.1.a: Module Thu Phát Hồng Ngoại MH-IR01

2.2.2 Khối điều khiển

 Giới thiệu tổng quan về họ Vi điều khiển 8051

AT89C51 là một vi điều khiển 8 bit, chế tạo theo công nghệ CMOS chất lượng cao, công suất thấp với 4 KB PEROM (Flash Programeable and erasable read only memory)

Các đặc điểm của 8951 được tóm tắt như sau:

- 4KB bộ nhớ, có thể lập trình lại nhanh, có khả năng ghi xóa tới 1000 chu kỳ

- Tần số hoat động từ 0 Hz đến 24 MHz

- 3 mức khóa bộ nhớ lập trình

- 2 bộ Timer/Counter 16 bit

- 128 Byte RAM nội

- 4 Port xuất/nhập (I/O) 8 bit

- Giao tiếp nối tiếp

- 64 KB vùng nhớ mã ngoài

- 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài

- Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn)

- 210 vị trí nhớ có thể định vị bit

- 4μs cho hoạt động nhân hoặc chia

Sơ đồ khối AT89S52:

Hình 2.2.2.a Sơ đồ khối 89s52 Chức năng các chân của AT89S52

Port 0 (P0.0 – P0.7 hay chân 32 – 39): Ngoài chức năng xuất nhập ra, port

0 còn là bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ (AD0 – AD7), chức năng này sẽ được sử dụng khi AT89C51 giao tiếp với thiết bị ngoài có kiến trúc bus

Port 1 (P1.0 – P1.7 hay chân 1 – 8): có chức năng xuất nhập theo bit và byte Ngoài ra, 3 chân P1.5, P1.6, P1.7 được dùng để nạp ROM theo chuẩn ISP, 2 chân P1.0 và P1.1 được dùng cho bộ Timer 2

Port 2 (P2.0 – P2.7 hay chân 21 – 28): là một port có công dụng kép Là đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng

Port 3 (P3.0 – P3.7 hay chân 10 – 17): mỗi chân trên port 3 ngoài chức năng xuất nhập ra còn có một số chức năng đặc biệt sau:

P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho port nối tiếp

P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/Counter 0 P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/Counter 1 P3.6 WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài P3.7 RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

RST (Reset – chân 9): mức tích cực của chân này là mức 1, để reset ta phải

đưa mức 1 (5V) đến chân này với thời gian tối thiểu 2 chu kỳ máy (tương đương 2µs đối với thạch anh 12MHz

XTAL 1, XTAL 2: AT89S52 có một bộ dao động trên chip, nó thường

được nối với một bộ dao động thạch anh có tần số lớn nhất là 33MHz, thôn thường là 12MHz

EA (External Access): EA thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc mức

thấp (GND) Nếu ở mức cao, bộ vi điều khiển thi hành chương trình từ ROM nội Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở rộng

ALE (Address Latch Enable): ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một

thanh ghi bên ngoài trong nửa đầu của chu kỳ bộ nhớ Sau đó các đường port 0 dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nửa chu kỳ sau của bộ nhớ

PSEN (Program Store Enable): PSEN là điều khiển để cho phép bộ nhớ

chương trình mở rộng và thường được nối với đến chân /OE (Output Enable) của một EPROM để cho phép đọc các bytes mã lệnh PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian đọc lệnh Các mã nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM qua Bus

và được chốt vào thanh ghi lệnh của bộ vi điều khiển để giải mã lệnh Khi thi hành chương trình trong ROM nội, PSEN sẽ ở mức thụ động (mức cao)

Vcc, GND: AT89S52 dùng nguồn một chiều có dải điện áp từ 4V - 5.5V

được cấp qua chân 40 (Vcc) và chân 20 (GND)

2.2.3 Khối động lực

 Giới thiệu về động cơ giảm tốc

Hình 2.2.3.a: Động cơ giảm tốc

Hình 2.2.3.b: Cấu tạo động cơ DC

Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều

2.2.4 Khối Nguồn

 IC 7805

Hình 2.2 4.a: IC 7805 Chức năng của ic7805 là ổn định điện áp đầu ra luôn bằng 5V khi đầu vào từ 5V đến 8V

CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH.

3.1 Thiết kế mạch cho từng khối.

3.1.1 Khối điều khiển trung tâm.

Hình 3.1.1: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển Khối điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển AT89S52, qua chương trình đã lập trình được nạp cho chip, vi điều khiển sẽ điều khiển hoạt động của robot

Bộ dao động thạch anh có tác dụng tạo xung nhịp với tần số 12MHz cho VĐK hoạt động Hai đầu này được nối vào 2chân XTAL1 và XTAL2 của VĐK

Bộ RESET có tác dụng đưa vi điều khiển về trạng thái ban đầu Khi nút Reset được ấn điện áp +5V từ nguồn được nối vào chân Reset của vi điều khiển được chạy thẳng xuống đất lúc này điện áp tại chân vi điều khiển thay đổi đột ngột về 0, VĐK nhận biết được sự thay đổi này và khởi động lại trạng thái ban đầu cho hệ thống

3.1.2 Khối cảm biến.

Hình 3.1.2: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến Mắt phát hồng ngoại sẽ phát ra sóng ánh sáng có bươc sóng hồng ngoại, ở bên mắt thu bình thường sẽ có nội trở rất lớn ( khoảng vài trăm kilô ôm), khi mắt thu bị tia hồng ngoại chiếu vào thì nội trở cảu nó giảm xuống ( khoảng vài chục ôm)

Dùng ic opamp (LM393) để tạo các mức logic 0 và 1 bằng cách so sánh hai giá trị điện áp của cầu chia điện áp( ở đây dung biến trở) và điện áp của cầu phân áp bằng điện trở thì mức điện áp ra sẽ là VCC ( mức logic 1) ngược lại là mức logic 0

3.1.3 Khối động lực.

Hình 3.1.3: Sơ đồ khối động lực Khi vi điều khiển nhận được tín hiệu của cảm biến sẽ cấp tín hiệu cho động cơ thong qua MOC ( phần tử cách ly giữa động cơ và khối điều khiển)

3.1.4 Khối nguồn.

Hình 3.1.4: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn

Nguyên lý hoạt động:

Nguồn điệnmột chiều Vm = 7.4V được lấy từ pin Dòng điện Vm sau khi qua IC ổn áp 7805 sẽ cho dòng điện có điện áp 5V ổn định Sau IC 7805 ta mắc song song với một led để báo mạch có nguồn

3.2 Thiết sơ đồ nguyên lý toàn mạch.

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

3.3 Thiết kế mạch in.

Hình 3.3: Sơ đồ mạch in

Hình 3.3.b: Sơ đồ bố trí linh kiện

3.4 Lưu đồ thuật toán điều khiển.

Hình 3.4: Lưu đồ thuật toán điều khiển

START

END

3.5 Chương trình điều khiển.

#include <REGX52.H>

sbit phai = P2^0;

sbit trai = P2^1;

void main()

{

EA=1; // cho chep ngat hoat dong EX0=1; // cho phep ngat ngoai 0 EX1=1; // cho phep ngat ngoai 1 while(1)

{

P2=0xC0;

}

}

void benphai() interrupt 0 // ngat ngoai 0

{

phai = 1 ;

trai = 0 ;

}

void bentrai() interrupt 2 // ngat ngoai 1

{

trai = 1 ;

phai = 0 ;

}

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN.

1 Những kết quả đạt được.

Đồ án cơ bản hoàn thành về các yêu cầu thiết kế và ứng dụng, robot có thể

dò đường trên đường cong

2 Những hạn chế, khó khăn.

Do hạn chế về thời gian và kiến thức nên đồ án của nhóm em vẫn còn một hạn chế như: khả năng chính xác chưa cao, tốc độ chưa cao,…