đồ án tự động hóa điều khiển robot qua bluetooth với 2 chế độ tự động điều khiển bằng tay và dò line.......................................................................................................................................................................................................................................................................................
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Hưng Yên, ngày … tháng … năm 2019 Giáo viên hứớng dẫn MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI MỞ ĐẦU LỜI CÁM ƠN MỞ ĐẦU: TÍNH CẤP THIẾT VÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ARDUINO VÀ CÁC THÀNH PHẦN CỦA MẠCH 1 GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO 1.1.1 Sơ Lược ARDUINO MEGA 2560 1.2 MỘT VÀI THÔNG SỐ CỦA ARDUINO MEGA2560 .11 1.2.1 Nguồn Cấp 14 1.2.2 Các chân nguồn .14 1.2.3 Bộ Nhớ 14 1.2.4 Lập trình cho Arduino 15 1.3 ỨNG DỤNG THỰC TẾ 17 1.4 MỘT VÀI LƯU Ý KHI SỬ DỤNG ARDUINO MEGA .18 CHƯƠNG 2: 19 NGHIÊN CỨU CÁC MODUN L298, DÒ LINE, BLUTOOTH HC05 19 2.1 CÁC THÀNH PHẦN CỦA MẠCH: MODULE L298N .19 2.1.1 Thông số kỹ thuật 20 2.1.2 Kết Nối mạch 22 2.3 MODULE BLUETOOTH 23 2.3.1 Module Bluetooth HC05 .23 2.3.2 Thông số kỹ thuật 24 2.3.3 Giao tiếp với Module Bluetooth HC05 25 2.3.4 Module bluetooth HC05 26 2.4 MODULE DÒ LINE 27 2.4.1 Tính cấu tạo 27 2.4.2 Thông số kỹ thuật 28 CHƯƠNG 3: 30 XÂY DƯNG MƠ HÌNH, LẮP RÁP, LẬP TRÌNH VÀ CHẠY THỬ NGHIỆM 30 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH VÀ NGUYÊN LÝ CÁC KHỐI 30 3.1.1 Sơ đồ Khối 30 3.2 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 32 3.3 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN .33 3.4 PHẦN MỀM ĐIỂU KHIỂN QUA BLUETOOTH 37 3.5 SẢN PHẨM SAU KHI HOÀN THÀNH .37 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .38 TÀI LIỆU THAM KHẢO .39 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Arduino MEGA 2560 Hình 1.2 Mạch điều khiển máy in 3D RAMPS 1.4 10 Hình 1.3 Arduino Shield Mega Proto board mạch mở rộng cho Arduino Mega 2560.11 Hình 1.4 Chi tiết Arduino Mega 2560 11 Hình 1.5 Giao diện lập trình 15 Hình 1.6 Chọn Board Arduino 16 Hình 1.7 Chọn cổng Arduino .17 Hình 1.8 Mở rộng cánh cửa với IOT 18 Hình 2.1 Module L298N 19 Hình 2.2 Sơ đồ mạch động lực module L298N 19 Hình 2.3 Sơ đồ nối mạch 22 Hình 2.4 Module blutooth HC05 .23 Hình 2.5 Sơ đồ chân Module Bluetooth .24 Hình 2.6 Giao tiếp HC05 25 Hình 2.7 Module dò đường thu phát hồng ngoại .27 Hình 2.8 Sơ đồ khối cảm biến dò line .28 Hình 2.9 Bộ Khung bánh xe Robot 28 Hình 2.10 Pin nguồn ni cho mạch 29 Hình 3.1 Sơ đồ kết nối .30 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, phát triển mạnh mẽ khoa học đời sống, sống người thay đổi ngày tốt hơn, với trang thiết bị đại phục vụ công công nghiệp hóa, đại hóa Đặc biệt góp phần khơng nhỏ ngành kĩ thuật điện – điện tử nghiệp xây dựng đất nước Những thiết bị điện, điện tử phát triển ứng dụng rộng rãi đời sống ngày Từ thời gian đầu phát triển vi xử lý cho thấy ưu việt ngày tính ưu việt ngày khẳng định thêm Những thành tựu biến tưởng chừng khơng thể thành có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất tinh thần cho người Để góp phần làm sáng tỏ hiệu ứng dụng thực tế môn vi xử lý, sau thời gian học tập thầy cô khoa giảng dạy kiến thức chuyên ngành, đồng thời giúp đỡ nhiệt tình thầy khoa Điện-Điện tử, với lỗ lực thân, em “Nghiên cứu, ứng dụng vi mạch Arduino 2560 điều khiển qua module bluetooth, tích hợp dò line cho Robot mini” thời gian, kiến thức kinh nghiệm em có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót Em mong giúp đỡ tham khảo ý kiến thầy cô bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài Nhóm sinh viên thực hiện: Lê Đức Anh Nguyễn Thị Lan Anh Vũ Hồng Sơn Đặng Thái Sơn LỜI CÁM ƠN Lời em xin chân thành cảm ơn đến thầy giúp em nhiều trình thực đồ án Trong trình thực đồ án, giúp đỡ tận tình thầy Đỗ Tuấn Khanh em thu nhiều kiến thức quý báu giúp em nhiều trình học làm việc tương lai: tiếp xúc với Arduino, Module Bluetooth, Module L298 thi công mạch in, Trong trình thực đồ án em chưa có nhiều kinh nghiệm nên khơng tránh khỏi sai sót Mong nhận góp ý thầy để hoàn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý thầy trình thực đồ án để em hoàn thành đồ án MỞ ĐẦU: TÍNH CẤP THIẾT VÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI Giới thiệu đề tài Ngày nay, robot đạt thành tựu to lớn sản xuất công nghiệp đời sống Sản xuất robot nghành công nghiệp trị giá hàng tỉ USD ngày phát triển mạnh, họ robot không nhắc tới mobile robot với đặc thù riêng mà loại robot khác khơng có Mobile robot di chuyển cách linh hoạt, tạo nên khơng gian hoạt động lớn dần khẳng định vai trò quan trọng thiếu nhiều lĩnh vực, thu hút nhiều đầu tư nghiên cứu Mobile robot chia làm nhiều loại: robot học đường đi, robot dò đường line, robot tránh vật cản, robot tìm đường cho mê cung,…trong số robot dò đường line, tránh vật cản dễ dàng ứng dụng nhiều sống Việc phát triển loại robot phục vụ đắc lực cho người Mục đích đề tài Robot dò line vừa có nhiều ứng dụng thực tế vừa dễ dàng để sinh viên vận dụng kiến thức tiếp thu giảng đường vào Với kết cấu khí đơn giản lại kết hợp với nhiều thành phần điện tử (encoder, sensor xác định đường line, sensor đo khoảng cách…) nên Robot phù hợp để sinh viên học tập nghiên cứu thêm ngành Tự động hóa cách cụ thể Sơ lược bước thực - Trước tiên ta phải chế tạo khung xe robot Khung xe phải đảm bảo bền đạt độ xác định việc bố trí bánh xe động thông qua việc vẽ phần mềm cắt CNC -Và cuối công đoạn lập trình dựa kiến thức học CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ARDUINO VÀ CÁC THÀNH PHẦN CỦA MẠCH 1 GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO 1.1.1 Sơ Lược ARDUINO MEGA 2560 Arduino Mega 2560 phiên nâng cấp Arduino Mega hay gọi Arduino Mega 1280 Sự khác biệt lớn với Arduino Mega 1280 chip nhân Ở Arduino Mega 1280 sử dụng chip ATmega1280 với flash memory 128KB, SRAM 8KB EEPROM KB Còn Arduino Mega 2560 phiên sử dụng rộng rãi ứng dụng nhiều Với chip ATmega2560 có nhớ flash memory 256 KB, 8KB cho nhớ SRAM, KB cho nhớ EEPROM Giúp cho người dùng thêm khả viết chương trình phức tạp điều khiển thiết bị lớn máy in 3D, điều khiển robot Arduino Mega R3 sản phẩm phát triển chip ATmega2560 phát triển dựa dòng mạch Mega dòng mạch cải tiến so với Arduino Uno( 54 chân digital IO 16 chân analog IO) Đặc biệt nhớ flash MEGA tăng lên cách đáng kể, gấp lần so với bảng mạch Arduino Uno R3 Việc trang bị timer cổng interrupt khiến Arduino Mega R3 xử lý song song nhiều luồng liệu số tương tự Arduino Mega 2560 R3 tương thích với tất Shield Arduino Uno Như Shield sử dụng để điều khiển motor, kết nối wifi hay kết nối với thiết bị điện tử nhà Hình 1.1 Arduino MEGA 2560 Vì bo mạch tích hợp nhiều tính bật Tính thiết kế hệ thống I / O lớn với 16 chuyển đổi tương tự 54 chuyển đổi digital hỗ trợ UART chế độ giao tiếp khác Thứ hai, Arduino Mega 2560 có sẵn RTC tính khác so sánh, timer, ngắt để điều khiển hoạt động, tiết kiệm điện tốc độ nhanh với xung thạch anh16 Mhz Các tính khác bao gồm hỗ trợ JTAG để lập trình, gỡ lỗi xử lý cố Với nhớ FLASH lớn SRAM, bo xử lý chương trình hệ thống lớn cách dễ dàng Nó tương thích với loại bo mạch khác tín hiệu mức cao (5V) tín hiệu mức thấp (3.3V) với chân nạp I / O Brownout watchdog giúp hệ thống đáng tin cậy mạnh mẽ Nó hỗ trợ ICSP lập trình vi điều khiển USB với PC Arduino Mega 2560 thay Arduino Mega cũ Nó thường sử dụng cho dự án phức tạp Đối với quan tâm tới Matlab Arduino Mega 2560 chọn lựa tuyệt vời Vì tích hợp sẵn thư viện dành cho MatLab Với viêc kết hợp Matlab Arduino kết hợp thú vị Arduino Mega 2560 sử dụng hầu hết shiled dành cho mạch Arduino Uno hay mạch trước Duemilanove hay Diecimila với cách cài đặt nối chân tương tự Arduino Uno Hiện có số shiled hỗ trợ cho Arduino Mega nhiều như: Hình 1.2 Mạch điều khiển máy in 3D RAMPS 1.4 10 2.3.3 Giao tiếp với Module Bluetooth HC05 Giao tiếp với HC05 lệnh AT sử dụng phần mềm Hercules Setup Untility PC Cài đặt phần mềm Hercules Setup Untility, sau mở ứng dụng, chọn Serial, giao diện giao tiếp với cổng nối tiếp ra: Tích hợp RF switch, balun, 24dBm PA, DCXO, and PMU Tích hợp xử lý RISC, chip nhớ giao diện nhớ bên ngồi Tích hợp vi xử lý MAC / baseband Chất lượng quản lý dịch vụ Giao diện I2S cho độ trung thực cao ứng dụng âm On-chip thấp học sinh bỏ học điều chỉnh tuyến tính cho tất nguồn cung cấp nội Hình 2.6 Giao tiếp HC05 Các bạn cấu hình cổng vào, chế độ, khung liệu, tốc độ Baud cho cổng nối tiếp - Thiết lập module HC05 hoạt động chế độ đáp ứng theo lệnh Ở chế độ này, bạn cấu hình kiểm sốt module 26 - Các bạn kết nối module Bluetooth với PC USB TO COM PL2303 sau: RX (màu trắng) TX module HC05 TX (màu xanh cây) RX module HC05 ØVCC 5.0 ØGND GND - Sử dụng lệnh AT để giao tiếp với module thông qua hercules setup - Module bluetooth HC05 master / slave dùng để thiết lập kết nối Serial thiết bị sóng bluetooth Điểm đặc biệt module bluetooth HC-05 module hoạt động chế độ: MASTER SLAVE Trong đó, bluetooth module HC-06 hoạt động chế độ SLAVE - + Ở chê độ SLAVE: bạn cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb bluetooth để dò tìm module sau pair với mã PIN 1234 Sau pair thành cơng, bạn có cổng serial từ xa hoạt động baud rate 9600 - + Ở chế độ MASTER: module tự động dò tìm thiết bị bluetooth khác (1 module bluetooth HC-06, usb bluetooth, bluetooth laptop ) tiến hành pair chủ động mà khơng cần thiết lập từ máy tính smartphone 2.3.4 Module bluetooth HC05 - Module bluetooth HC05 điều khiển tập lệnh AT để thực tác vụ mong muốn Để bluetooth module chuyển từ chế độ thơng thường qua điều khiển AT, ta có cách sau: - + Cấp nguồn cho module bluetooth (Vcc Gnd) đồng thời cấp mức điện áp cao (=Vcc) cho chân KEY module bluetooth Khi giao tiếp tập lệnh AT với module cổng Serial (Tx Rx) với baud rate 38400 (khuyên dùng) - + Cấp nguồn cho module bluetooth trước, sau cấp mức điện áp cao cho chân KEY module bluetooth Lúc bạn giao tiếp với module tập lệnh AT với baud rate 9600 - Sau pair thành công với thiết bị bluetooth khác, đèn module bluetooth HC05 nhấp nháy chậm cho thấy kết nối Serial thiết lập 27 - Nguồn cung cấp cho module bluetooth nguồn từ 3.6V đến 6V Quá áp gây cháy module Ngoài module tương thích với vi điều khiển 5V mà không cần chuyển đổi mức giao tiếp 5V 3.3V nhiều loại module bluetooth khác 2.4 MODULE DÒ LINE 2.4.1 Tính cấu tạo Hình 2.7 Module dò đường thu phát hồng ngoại 28 Hình 2.8 Sơ đồ khối cảm biến dò line 2.4.2 Thơng số kỹ thuật Điện áp hoạt động: 3.3 ~ 5V Khoảng cách phát hiện: 0.5 ~ 40mm Ngõ dạng tín hiệu số dễ dàng cho vi điều khiển Có LED thị ngõ cho cảm biến Tích hợp cảm biến dò line, cảm biến tránh vật cản công tắc hành trình báo chạm vật Ngõ gồm chân tín hiệu cảm biến dạng số ngõ vào cấp nguồn cho thiết bị Kích thước: 128 x 45 x 12mm 2.5 KHUNG XE CỦA ROBOT Robot dò dường sử dụng khung xe bánh gồm : bánh chuyển động bánh dẫn hướng 29 Hình 2.9 Bộ Khung bánh xe Robot Bộ khung bánh xe bao gồm: động giảm tốc bánh xe tròn bánh xe đa hướng 2.6 NGUỒN CẤP Robot sử dụng nguồn 8.4V cấp từ cell pin 18650 Pin 18650 có thơng số sau: o Điện áp 3.7V o Điện áp max 4.2V o Đường kính : 18mm o Chiều dài : 65mm Hình 2.10 Pin nguồn ni cho mạch 30 CHƯƠNG 3: XÂY DƯNG MƠ HÌNH, LẮP RÁP, LẬP TRÌNH VÀ CHẠY THỬ NGHIỆM 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH VÀ NGUYÊN LÝ CÁC KHỐI 3.1.1 Sơ đồ Khối Mạch Bluetooth Mạch Động lực Bánh xe Bên trái Mạch Động lực Bánh xe Bên phải Điều khiển trung tâm Arduino Cảm biến vị trí Nguồn ni 3.1.2 Sơ đồ kết nối Hình 3.1 Sơ đồ kết nối 31 Nguyên lý tổng quát toàn mạch bao gồm phận kết nối với gồm có : Module L298N, Module Bluetooth HC05, Arduino Mega2560, cảm biến dò đường , nguồn cấp 3.1.3 Cấu tạo robot Hình 3.2 Các thành phần robot B1, B2, B3: bánh xe robot, B3 bánh dẫn hướng robot DC1: Động gắn bánh xe bên trái B1 DC2: Động gắn bánh xe bên phải B2 CB: Khối cảm biến nhận biết quỹ đạo xe Arduino: Điều khiển trung tâm Khối mạch động lực robot Pin: Nguồn cấp cho robot hoạt động 32 3.2 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN Begin Khởi tạo Thiết lập điện thoại với module bluetooth Dò line =1 sai Chế độ tự động Chạy bám line sai Trái=1 sai Phải =1 saiTiến=1 sai Lùi =1 Sai Trái=1 Or Phải =1 Or tiến =1 Or lùi =1 Bánh xe rẽ trái Bánh xe rẽ phải Bánh xe tiến Bánh xe lùi Đúng END 33 3.3 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN byte Speed = 140; int x = 0; void setup() { Serial.begin(9600);//set toc truyen thong voi hc-05 pinMode(6, OUTPUT);//Set chân in1 dc A output pinMode(7, OUTPUT);//Set chân in2 dc A output pinMode(8, OUTPUT);//Set chân in1 dc B output pinMode(9, OUTPUT);//Set chân in2 dc B output pinMode(A1, INPUT);//Set chân cảm biến input pinMode(A2, INPUT);//Set chân cảm biến input pinMode(A3, INPUT);//Set chân cảm biến input pinMode(A4, INPUT);//Set chân cảm biến input pinMode(A5, INPUT);//Set chân cảm biến input } void loop() { if (Serial.available() > 0) { // kiem tra xem co gia tri gui ve khong x = Serial.read(); // doc gia tri gui ve } switch (x) { case 'u': Tien(255, 255); break; case 'd': Lui(150, 150); break; case 'l': Re_trai(); break; case 'r': Re_phai(); break; case 's': Dung(); break; case 'f': do_line(); break; } } 34 void do_line() { switch (check_mat()) { case 4: Lui(100, 100); break; case 0: Tien(Speed, Speed); break; case 1: Tien(Speed, Speed - 20); break; case 2: Tien(Speed, Speed - 40); break; case 3: Tien(Speed, 0); break; case -1: Tien(Speed - 20, Speed); break; case -2: Tien(Speed - 40, Speed); break; case -3: Tien(0, Speed); break; default: digitalWrite(6, 0); digitalWrite(7, 0); digitalWrite(8, 0); digitalWrite(9, 0); break; } } int check_mat() { int sens1 = !digitalRead (A1); // doc gia tri tu mat int sens2 = !digitalRead (A2); // doc gia tri tu mat int sens3 = !digitalRead (A3); // doc gia tri tu mat int sens4 = !digitalRead (A4); // doc gia tri tu mat 35 int sens5 = !digitalRead (A5); // doc gia tri tu mat int do_lech = -2 * sens1 - sens2 + sens4 + * sens5; switch (do_lech) { case -3: // hai mat trai(mat 1,2) cham vach return -2; break; case -2: // mat cham vach return -3; break; case -1: // mat 2,3 hoac mat cham vach return -1; break; case 0: if ( (abs(sens1) + abs(sens2) + abs(sens3) + abs(sens4) + abs(sens5)) == 0) return 4; // khong mat nao cham vach else return 0; // xe di giua line break; case 1: // mat 3,4 hoac mat cham vach return 1; break; case 2: // mat cham vach return 3; break; case 3: // hai mat phai(mat 4,5) cham vach return 2; break; } } void Tien( byte speedL, byte speedR) { analogWrite(11, speedR); analogWrite(10, speedL); digitalWrite(6, 1); digitalWrite(7, 0); digitalWrite(8, 0); digitalWrite(9, 1); } void Re_trai() { 36 analogWrite(11, 255); analogWrite(10, 0); digitalWrite(6, 1); digitalWrite(7, 0); digitalWrite(8, 0); digitalWrite(9, 0); } void Re_phai() { analogWrite(11, 0); analogWrite(10, 255); digitalWrite(6, 0); digitalWrite(7, 0); digitalWrite(8, 0); digitalWrite(9, 1); } void Lui(byte SpeedL, byte SpeedR) { analogWrite(11, SpeedR); analogWrite(10, SpeedL); digitalWrite(6, 0); digitalWrite(7, 1); digitalWrite(8, 1); digitalWrite(9, 0); } void Dung() { analogWrite(11, 0); analogWrite(10, 0); digitalWrite(6, 0); digitalWrite(7, 0); digitalWrite(8, 0); digitalWrite(9, 0); } 37 3.4 PHẦN MỀM ĐIỂU KHIỂN QUA BLUETOOTH 3.5 SẢN PHẨM SAU KHI HOÀN THÀNH 38 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết - Kết tương đối xác - Nghiên cứu phương pháp dò line module anduino - Tiếp cận với công nghệ mini robot - Nhược điểm: + , Tốc độ chậm + , Những chỗ rẽ mạnh xe sai sót + , Đường vạch line kích thước chưa tối ưu 4.2 Hướng phát triển - Cải tiến xe nhanh hơn, tải trọng lớn bám đường tốt - Xây dựng giải thuật hồn chỉnh - Có thể cải tiến xe kết hợp dò đường tránh vật cản đồng thời nhớ đường tìm đường nhanh 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO - Dientuvietnam.net - Hoclamrobot.com - Codientu.org - arduino.vn - Giáo trình lý thuyết tự động – Nguyễn Thị Phương Hà (chủ biên) - Bài giảng hệ thống diều khiển – Nguyễn Vĩnh Hảo 40