Đồ án thiết kế, chế tạo robot lau nhà

Ngày nay, việc ứng dụng những thành tựu của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang ngày một phát triển, 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.Một trong những ứng dụng thiết thực trong đó là ứng dụng về nhiệt kế điện tử. Qua những kiến thức đã học được ở môn Vi Điều Khiển, chúng em đã quyết định nhận làm đồ án môn học: Thiết kế, chế tạo robot lau nhà sử dụng vi điều khiển.

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Minh Tuyền Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Lời nói đầu Ngày nay, việc ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật tiên tiến, giới ngày phát triển, văn minh đại Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm bật xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động người đạt hiệu cao Các điều khiển sử dụng vi điều khiển đơn giản để vận hành sử dụng lại điều phức tạp Các vi điều khiển theo thời gian với phát triển công nghệ bán dẫn tiến triển nhanh, từ vi điều khiển bit đơn giản đến vi điều khiển 32 bit, sau 64 bit Điện tử trở thành ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đáp ứng đòi hỏi không ngừng từ lĩnh vực công – nông – lâm – ngư nghiệp nhu cầu cần thiết hoạt động đời sống ngày Một ứng dụng thiết thực ứng dụng nhiệt kế điện tử Qua kiến thức học môn Vi Điều Khiển, chúng em định nhận làm đồ án môn học: Thiết kế, chế tạo robot lau nhà sử dụng vi điều khiển Mặc dù cố gắng thiết kế hoàn thành đồ án thời hạn thời gian ngắn lực hạn chế nên sai sót Chúng em mong thầy giáo góp ý để việc học tập chúng em tốt Chúng em xin chân thành cảm ơn! Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Tuyền SVTH: Nguyễn Minh Tuyền Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ngày Tháng CHỮ KÝ GIÁO VIÊN SVTH: Nguyễn Minh Tuyền Page Năm ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ROBOT LAU NHÀ 1.Giới thiệu loại robot lau nhà Các loại robot lau nhà có kỹ thuật dẫn đường cho robot khác Có hai hướng sử dụng cảm biến sử dụng hình ảnh 1.1 Robot lau nhà sử dụng cảm biến Trên thị trường có nhiều loại robot lau nhà sử dụng cảm biến để tránh vật cản, tất hoạt động theo nguyên tắc chung sử dụng cảm biến siêu âm cảm biến hồng ngoại để nhận biết vật cản Ưu điểm việc sử dụng cảm biến cho robot lau nhà tín hiệu vào hai mức cao thấp lên dễ cho việc lập trình điều khiển 1.2 Robot lau nhà sử dụng xử lý hình ảnh Với phương án xử lý hình ảnh, sử dụng camera để quét trần nhà xử lý hình ảnh để tạo đồ di chuyển cho robot Tuy nhiên robot sử dụng cơng nghệ xử lý hình ảnh có nhược điểm hoạt động điều kiện thiếu ánh sáng nên người sử dụng chuyển sang sử dụng cảm biến để dò đường cho robot làm việc Từ đó, chúng em chọn sử dụng cảm biến siêu âm để nhận biết vật cản cho robot Các phương án thực đề tài 1, Tìm hiểu đề tài 2, Tìm hiểu nguyên lý hoạt động linh kiện có mạch 3, Thiết kế sơ đồ khối phần cứng mạch 4, Thiết kế sơ đồ nguyên lý phần cứng mạch 5, Thiết kế lưu đồ thuật tốn 6, Tìm hiểu viết chương trình vi điều khiển SVTH: Nguyễn Minh Tuyền Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 7, Mô phần mềm proteus 8, Lắp ráp mạch bo test(Breadboard) 9, Làm mạch in lắp ráp linh kiện 10, Hiệu chỉnh mạch 11, Viết báo cáo 12, Chuẩn bị bảo vệ SVTH: Nguyễn Minh Tuyền Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ LINH KIỆN SẼ DÙNG 2.1 Thiết kế sơ đồ khối chức 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 vật cản - Khối điều khiển: Nhận biết xử lý tín hiệu từ khối cảm biến, đồng thời điều khiển tín hiệu khối động lực - Khối động lực: Nhận biết tín hiệu từ khối điều khiển để điểu khiển hướng cho robot SVTH: Nguyễn Minh Tuyền Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2.2 Một số linh kiện dùng 2.2.1 Khối cảm biến a, Giới thiệu cảm biến siêu âm Devantech SRF05 Siêu âm Devantech SRF04 sử dụng để thu thông tin khoảng cách cách xác dải từ 3cm đến 3m Sensor gồm thu phát siêu âm tách biệt, sensor có chân nối hai chân cho nguồn ni, hai chân lại cho xung tín hiệu vào, cho tín hiệu Hình 2.2.1a:Cảm biến siêu âm SRF05 - Xung phản xạ mức cao có độ rộng xung tỉ lệ với khoảng cách - Góc mở phát 300.SRF04 hoạt động thông qua việc truyền xung âm có tần số nằm ngồi dải tần số nghe người Xung truyền tốc độ âm khoảng 0.9ft/giây, dạng chùm hình nón, âm phản xạ trở lại tới đầu thu từ vật thể đường sóng siêu âm Tín hiệu điện đầu thu có dạng xung với độ kéo dài xung phụ thuộc vào khoảng cách phản xạ kể từ vị trí vật tới đầu thu Để việc thu phát làm việc hiệu quả, phát tạm ngừng phát sóng khoảng thời gian siêu âm truyền sau đợi tín hiệu phản xạ Xung đầu sensor đưa tới xử lý Việc xác định thời gian kéo dài xung giúp cho robot xác định khoảng cách Các đặc trưng SRF04 kể sau: - Điện áp sử dụng 5VDC, dòng tiêu thụ cực đại 50mA, thường 30mA - Vùng làm việc sensor: phát khoảng cách từ 3cm tới 3m - Tần số sử dụng 40Khz SVTH: Nguyễn Minh Tuyền Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH - Xung kích phát 10us mức cao tương thích TTL Một số yêu cầu khoảng thời gian thu phát siêu âm: Tín hiệu xung kích phát siêu âm giữ mức thấp (logic 0) sau đưa lên mức cao (logic 1) 10us để khởi phát xung siêu âm Xung siêu âm tạo thơng qua sườn xuống tín hiệu lối vào Sau kích phát, sóng siêu âm phát chu kì burst Bộ nhận giữ khoảng trống khoảng thời gian chừng 100us để tránh nhiễu, ồn từ âm sắc nhọn khởi phát sau cho phép nghe âm phản xạ Đường tín hiệu dội âm mức thấp cho phép nhận âm Khi trình nhận cho phép, thu phát sườn xuống tín hiệu dội âm (nếu có vật) timeout (vượt thời gian cho phép) Việc đo thời gian tiến hành từ sườn xuống tín hiệu lối vào kết thúc sườn xuống tín hiệu dội âm Nếu khơng có vật phát xung phản xạ vượt thời gian cỡ 36ms Nguyên tắc hoạt động : -Vùng hoạt động cảm biến siêu âm xác định cách truyền xung âm bên Xung di chuyển với tốc độ âm vùng hình nón -Và âm phản hồi lại từ vùng có vật cản đường sóng siêu âm -Để xác định vùng làm việc bạn cần chân : chân input trigger chân tạo xung output SVTH: Nguyễn Minh Tuyền Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Hình 2.2.1b: Dạng xung truyền SRF04 Cách sử dụng SRF04: -Để bắt đầu làm việc với SRF04 bạn cần gửi tới chân input trigger SRF04 xung cạnh lên khoảng thời gian ( khoảng 10us) Sẽ có xung falling edge (mỗi xung có độ rộng chu kỳ) chân input trigger có xung Mạch nhận tín hiệu khơng nhận tín hiệu khoảng thời gain ngắn khoảng 100us để tránh tiếng ồn âm ban đầu Hình 2.2.1c: Giản đồ hoạt động SRF04 SVTH: Nguyễn Minh Tuyền Page ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Chân output mức thấp mạch nhận cho phép, sau xung chân output để biết khoảng cách tới vật thể ta đo chiều rộng xung này.Tùy theo xung ta biết khoảng cách tới vật thể khơng có vật thể vùng làm việc -Giá trị xung thô trả tính ms.Từ ta tính khoảng thơng qua công thức sau: S[m]=344m/s*ti[s]/2 -Với vùng phát từ 3cm tới 3m , ta tính độ dài xung từ 100us đến 18ms -Nếu vật cản phát chiều rộng xung 36ms b, Giới thiệu động servo Một động servo (Servo Motors) tổ hợp chung bốn phận: động điều khiển tốc độ DC, bánh răng, vi điều khiển cảm biến Khả định vị động servo thường tính tốn để kiểm sốt xác so với động DC thông thường khác Động servo thường cấu tạo gồm dây: dây nguồn, dây tiếp đất dây điều khiển Không giống động DC hoạt động chế xoay chiều bật tắt nguồn, lượng (nguồn điện) động servo nạp vào liên tục Động servo hoạt động việc kiểm sốt dòng điện, giúp động định hướng xác hướng hoạt động Động servo thiết kế để dừng vị trí cụ thể Các vị trí cần tính tốn xác để khiến máy móc hoạt động với mục tiêu đề theo ý đồ người thiết kế Ví dụ kiểm soát bánh lái thuyền cần khiến cánh tay robot hay chân robot di chuyển phạm vi định SVTH: Nguyễn Minh Tuyền Page 10 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Hình 3.1.4b: Bảng trạng thái l293D Từ bảng trạng thái L293D ta có trường hợp xảy EN H H H H L 1A H H L L X 2A L L H H X 3A H L H L X 4A L H L H X SVTH: Nguyễn Minh Tuyền Page 25 Hướng Thẳng Rẽ phải Rẽ trái Lùi Dừng ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 3.2 Thiết kế sơ đồ nguyên lý toàn mạch Hình 3.2: Sơ đồ ngun lý tồn mạch SVTH: Nguyễn Minh Tuyền Page 26 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH *, Phân tích ngun lý tồn mạch SVTH: Nguyễn Minh Tuyền Page 27 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 3.3 Thiết kế sơ đồ mạch in Hình 3.3a: Sơ đồ mạch in Hình 3.3b:Sơ đồ bố trí linh kiện SVTH: Nguyễn Minh Tuyền Page 28 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 3.4 Lưu đồ thuật tốn điều khiển Hình 3.4: Lưu đồ thuật toán SVTH: Nguyễn Minh Tuyền Page 29 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 3.5 Chương trình điều khiển #include #define EN1 P2_5 #define INM11 P2_6 #define INM12 P2_7 #define EN2 P2_3 #define INM21 P2_2 #define INM22 P2_4 #define Start P3_6 #define PSV P1_6 // servo #define ECHO P3_2 #define TRIGGER P3_3 int pwm, sv; typedef unsigned char uint8_t; typedef unsigned int uint16_t; uint8_t range_ok; uint16_t distance; float range,temp1; char play,mode; void delay_ms(int time) SVTH: Nguyễn Minh Tuyền Page 30 dk ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH { int i,j; for(i=0;i