Xe tự hành tránh vật cản sử dụng cảm biến siêu âm

. Lý do chọn đề tài Trong thời đại công nghiệp hiện nay, robot ngày càng được sử dụng phổ biến trong sản xuất cũng như trong cuộc sống con người. Robot đã có một vị trí quan trọng không thể thay thế được,nó giúp con người làm việc trong những điều kiện nguy hiểm khó khăn. Ngoài ra robot còn dùng trong lĩnh vực thám hiểm không gian, quân sự, giải trí, lĩnh vực robot di động ngày càng được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu và xã hội. Thấy được tầm quan trọng của robot hiện nay nên nhóm chúng em đã chọn robot dò đường bằng sóng siêu âm làm đề tài đồ án môn học đồ án Vi xử lý. 3. Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế và chế tạo mô hình robot, mô hình được lắp đặt cảm biến siêu âm, nhờ có cảm biến siêu âm mà robot có thể phát hiện vật cản đề có thể rẻ trái, rẻ phài, tiến thẳng hoặc lùi. 4. Phạm vi nghiên cứu Thiết kế hoàn chỉnh mô hình robot dò đường bằng sóng siêu âm Để đạt được mục tiêu trên cần thực hiện các nhiệm vụ cụ thể sau:  Tìm hiểu mạch ARDUINO  Tìm hiểu cảm biến siêu âm  Thiết kế phần cứng  Hoàn thiện mô hình 5. Phương pháp nghiên cứu -Tìm hiều về công nghệ sóng siêu âm -Vi điều khiển và các tập lệnh liên quan -Phương pháp phân tích và tổng kết kinh nghiệm -Xây dựng thuật toán hoạt động -Thi công mạch 6. Cấu trúc đề tài Cấu trúc đề tài gồm các nội dung như sau: A. MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề 2. Lý do chọn đề tài 3. Mục tiêu nghiên cứu 4. Phạm vi nghiên cứu 5. Phương pháp nghiên cứu 6. Phạm vi đề tài B. NỘI DUNG CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về ARDUINO 2. Giới thiệu board ARDUINO uno R3 và Mạch cầu H 3. Giới thiệu về cảm biến siêu âm 4. Cấu trúc xe siêu âm CHƯƠNG II. THIẾT KẾ MÔ HÌNH ROBOT XE SIÊU ÂM 1. Cấu trúc robot xe siêu âm 2. Sơ đồ khối tổng quan của hệ thống 3. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống CHƯƠNG III. THUẬT TOÁN THỰC HIỆN VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH Lưu đồ thuật toán đoạn chương trình xe siêu âm. CHƯƠNG IV. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1. Lắp ráp 2. Hoàn thiện robot 3. Ưu nhược điểm của robot xe siêu âm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TIỀN GIANG KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Bộ mơn điện – Điện tử CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập-Tự do-Hạnh phúc Tiền Giang, ngày tháng năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Họ tên sinh viên 1: Đặng Thanh Bình Năm sinh: 1998 Chuyên ngành: Điều khiển Tự động hóa MSSV: 016147009 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Văn Giàu Năm sinh: 1997 Chuyên ngành: Điều khiển Tự động hóa MSSV: 016147014 I TÊN ĐỀ TÀI: XE TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN SỬ DỤNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ………………………………………………………………… IV NGÀY HOÀN THÀNH: …………………………………………………………………… V GVHD KHOA HỌC: NGUYỄN VĂN THANH VI GVHD CHUN MƠN: NGUYỄN HỒNG VŨ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỜNG ĐẠI HỌC TIỀN GIANG KHOA KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP Bộ mơn điện – Điện tử CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập-Tự do-Hạnh phúc Tiền Giang, ngày tháng năm 2019 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Tên đề tài: XE TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN SỬ DỤNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM Họ tên sinh viên 1: Đặng Thanh Bình Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Văn Giàu Lớp: ĐH CNKT Điều khiển Tự động hóa 16 Họ tên CBHD: NGUYỄN HOÀNG VŨ Chức vụ, đơn vị công tác: Trưởng khoa - Giảng viên môn Điện-Điện tử, khoa Kỹ thuật công nghiệp, trường Đại học Tiền Giang I CẤU TRÚC ĐỀ TÀI ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… II PHẦN NHẬN XÉT 2.1 Nhận xét chun mơn - Tính cấp thiết đề tài ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ….………………………………………………………………………………………………… - Mục tiêu đề tài ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… - Hình thức trình bày nội dung đề tài ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… - Giá trị khoa học thực tiển đề tài ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… - Mức độ đáp ứng nhiệm vụ đề tài đặt ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 2.2 Nhận xét tác phong a Khả thực kế hoạch đề cương đề ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… b Tính chuyên cần tuân thủ lịch trình làm việc với CBHD ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… III ĐÁNH GIÁ CHUNG VÀ ĐỀ NGHỊ 3.1 Đánh giá chung ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… 3.2 Đề nghị ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TRƯỜNG ĐẠI HỌC TIỀN GIANG KHOA KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP Bộ mơn điện – Điện tử CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập-Tự do-Hạnh phúc Tiền Giang, ngày tháng năm 2019 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Tên đề tài: XE TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN SỬ DỤNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM Họ tên sinh viên 1: Đặng Thanh Bình Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Văn Giàu Lớp: ĐH CNKT Điều khiển Tự động hóa 16 Họ tên GVPB: ………………………………………………………………………………… Chức vụ, đơn vị công tác:………………………………………………………………………… I CẤU TRÚC ĐỀ TÀI ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… II PHẦN NHẬN XÉT - Tính cấp thiết đề tài ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… - Mục tiêu đề tài ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… - Hình thức trình bày nội dung đề tài ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… - Giá trị khoa học thực tiển đề tài ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… - Mức độ đáp ứng nhiệm vụ đề tài đặt ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… III ĐÁNH GIÁ CHUNG VÀ ĐỀ NGHỊ/CÂU HỎI PHẢN BIỆN 3.1 Đánh giá chung ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3.2 Đề nghị/Câu hỏi phản biện ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy NGUYỄN HOÀNG VŨ giảng viên hướng dẩn chuyên môn thầy NGUYỄN VĂN THANH giảng viên hướng dẫn khoa học quý thầy, cô khác khoa kỹ thuật công nghiệp giúp đỡ em nhiều trình thực học phần Đồ án Vi xử lý đồ án chương trình học chúng em, mơn học quan trọng, móng để chúng em thực đồ án sau Trong trình thực đồ án, giúp đỡ thầy NGUYỄN HOÀNG VŨ thầy NGUYỄN VĂN THANH giúp em thu nhiều kiến thức quý báu trình học tập Được tiếp xúc với Vi điều khiển ARDUINO, biết cách làm đồ án,… Trong trình thực hiện, chúng em chưa có nhiều kinh nghiệm nên khó tránh khỏi nhiều sai sót Chúng em mong nhận nhiều góp ý cùa thầy để Đồ án Vi xử lý trở nên hồn thiện TRƯỜNG ĐẠI HỌC TIỀN GIANG KHOA KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP Bộ mơn điện – Điện tử CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập-Tự do-Hạnh phúc Tiền Giang, ngày tháng năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên 1: Đặng Thanh Bình Lớp : ĐH CNKT Điều khiển Tự động hóa 16 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Văn Giàu Lớp : ĐH CNKT Điều khiển Tự động hóa 16 ST T Các nội dung,cơng việc chủ yếu cần thực Tìm đề tài, chọn giáo viên hướng dẫn Đăng kí đề tài cho giáo viên hướng dẫn khoa học Viết đề cương tóm tắt, Gvhd xem xét Nộp đề cương tóm tắt Tìm tài liệu Tìm tài liệu Tìm hiểu mạch Thiết kế mơ hình robot Lắp ráp mạch Lắp ráp mạch Chạy thử mơ hình Chạy thử mơ hình Viết báo cáo Viết báo cáo In báo cáo 10 11 12 13 14 15 Sản phẩm đạt Thời gian Chọn đề tài giáo viên hướng dẫn Đăng kí đề tài Tuần Viết đề cương, sửa lỗi Nộp đề cương Đọc tài liệu Đọc tài liệu Hiểu mạch robot Thiết kế mơ hình robot Hồn chỉnh phần cứng Hồn chỉnh phần cứng Kiểm tra phần cứng Hoàn chỉnh robot Chỉnh sửa báo cáo Chỉnh sửa lần Nộp báo cáo Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần 10 Tuần 11 Tuần 12 Tuần 13 Tuần 14 Tuần 15 Tuần MỤC LỤC A MỞ ĐẦU Đặt đề………………………………………………………………… 2 Lý chọn …………………………… vấn đề tài……………….………… Mục tiêu …………………………… nghiên cứu……………….……… Phạm vi ………………………………2 nghiên cứu……………….……… Phương pháp cứu……………………………………………………2 Cấu trúc ………………………….2 đề nghiên tài…………………….……….…… B NỘI DUNG CHƯƠNG I TỔNG QUAN Giới thiệu …………………… Giới thiệu …………………….5 cảm biến chung siêu âm…….……………… ARDUINO…….……………… Giới thiệu ………………… board ARDUINO………….……………… 3.1 Các chân ………………… lượng……… ……………………… 3.2 Bộ …………………6 nhớ………………………………………………… 3.3 Một số chận digital có chức đặc biệt… …… ……………… 3.4 Giới thiệu mạch cầu HL289N…………………….… ………………8 3.5 Thông số thuật……………………………………………………… 3.6 Động cơ(Motor) xe………………………………………………9 kỹ + Bánh 3.7 Cảm biến âm…………………………………………………… 10 Cấu trúc xe ………………………… 11 siêu siêu âm………………………… 4.1 Nguyên tắt hoạt động xe siêu âm…………….…… ………………11 4.2 Ứng dụng âm……………………………………………….11 xe siêu CHƯƠNG II THIẾT KẾ MƠ HÌNH ROBOT DÒ ĐƯỜNG Cấu trúc Robot dò đường……….… ……… …………… 12 Khối xử lý trung tâm…………………………………………………….12 CHƯƠNG III THUẬT TỐN THỰC HIỆN VÀ CHƯƠNG TRÌNH Thuật tốn khối xử lí trung tâm ARDUINO………… …………………… 14 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ CÁC HƯỚNG PHÁT TRIỂN Lắp …………………………………… 15 Hoàn ……… 15 chỉnh ráp…………………………… robot……………………… …….……… …… Ưu nhược điểm xe siêu âm………… …………………… ……… 16 3.1 Ưu ………… 16 điểm………………………… ……………………… 3.2 Nhược điểm…………………………… ………………… ………… 16 10 4.1 Nguyên tắc hoạt động xe siêu âm Môi trường làm việc Robot mặt phẳng, giới hạn bước tường, vật cản xem vật cản chiều tĩnh hoàn toàn Trong toán Robot trang bị sensor cảm biến siêu âm , cảm biến đặt sevor quét góc từ 00 đến 1800 để đo khoảng cách từ xe tùy động tới vật cản, cảm biến tiến hành đo khoảng cách theo hướng bên trái, bên phải, Sau gửi kết đo đạt vi điều khiển: Nguyên lý đo khoảng cách cảm biến siêu âm: + Cảm biến siêu âm sử dụng nguyên lý phản xạ song để đo đạt khoảng cách + Khi muốn đo khoảng cách cảm biến phát xung với tần số 40KHz sau chờ xung phản xạ Thời gian từ lúc xung xung dễ dàng tính khoảng cách từ cảm biến tới vật cản + Khi phát xung chờ xung phản xạ về, chân Echo cảm biến kéo lên mức cao (echo = 1) có xung phản xạ chân Echo kéo xuống thấp sau 30us khơng có xung phản xạ Vi điều khiển vào kết đo đạc cảm biến SRF05 tiến hành xử lý định điều khiển động hay động 4.2 Ứng dụng xe siêu âm Tiềm ứng dụng xe tự hành lớn, kể đến robot vận hành vật liệu, hàng hóa tòa nhà, nhà máy, cửa hàng, sân bay hay thư viện… robot xe lăn phục vụ người khuyết tật,… CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MƠ HÌNH ROBOT DO ĐƯỜNG Cấu trúc Robot dò đường Cảm biến siêu âm Arduino UNO R3 Servo motor LN298N motor drive Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc xe siêu âm 20 Động A Động B Khối xử lý trung tâm Hình 2.2 Khối trung tâm xử lý Sử dụng vi xử lý bit ARDUINO có cấu trúc tương tự AVR Với 8K bytes nhớ, đọc/ghi liệu khoảng 1000 lần Điện áp đầu vào từ 7.0V đến 12.0V, tần số cung cấp tĩnh từ đến 33 Hz Đối với vi xử lý ARDUINO thích hợp cho việc điều khiển động DC Tuy nhiên động sử dụng Robot thường hoạt động ổn định hay cố kỹ thuật nên có tốc độ khơng ổn định 21 việc địi hỏi tốc độ động thay đổi liên tục, nên thiết kế mạch công suất cho động bao gồm FET Rơle tận dụng đầy đủ ưu chân điều xung Dòng xuất nhập chip vi điều khiển tương đối nhỏ Đối với số ứng dụng sử dụng số lượng cổng I/O nhỏ ta dùng trực tiếp cổng Trong mạch Robot cổng I/O tận dụng tối đa nên ta thiết kế thêm mạch đệm xuất nhập trước cổng điều khiển, chip đệm sử dụng cung cấp dịng lớn cho tải 22 CHƯƠNG III: THUẬT TOÁN THỰC HIỆN - Thuật tốn khối xử lí trung tâm ARDUINO Bắt đầu Khởi động cảm biến, mo tơ Driver, độngcơ servo Đọc cảm biến Sai Khoảng cách = Giá trị trái Rẽ phải Rẽ Trái Hình 3.1 Sơ đồ khối xử lý trung tâm Arduino 24 Dừng lại CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ CÁC HƯỚNG PHÁT TRIỂN Lắp ráp Hình 4.0 Mơ hình Robot dị đường lắp ráp Hồn thiện Robot 25 Hình 4.1 Mơ hình Robot dị đường hồn chỉnh Kết luận Sau trình thực đồ án Kết đạt mơ hình hồn thiện Mơ hình dùng cảm biến phát vật cản để rẽ trái, phải, sau chạy thẳng, vào ngỏ cụt xe lùi Tổng quát hồn thành mục tiêu đặt Tuy nhiên mơ hình chạy chưa đáp ứng độ trễ, xử lý chưa xát khiến xe cịn gặp nhiều khó khăn di chuyển PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH LẶP TRÌNH CHO ROBOT XE SIÊU ÂM 26 #include Servo myservo; // create servo object to control a servo int pos = 0; // variable to store the servo position const int trig = 6; // chân trig SRF-05 const int echo = 5; // chân echo SRF-05 int tien1=10; // chân IN - A Module L298 int tien2=11; // chân IN - C Module L298 int lui1=12; // chân IN - D Module L298 int lui2=13; // chân IN - B Module L298 int dongcoservo=9; // chân Orange Servo int gioihan = 25; int i; int x=0; unsigned long thoigian; // biến đo thời gian int khoangcach; // biến lưu khoảng cách int khoangcachtrai,khoangcachphai; void dokhoangcach(); void dithang(int duongdi); void disangtrai(); void disangphai(); void dilui(); void resetdongco(); void quaycbsangphai(); 27 void quaycbsangtrai(); void setup() { // put your setup code here, to run once: myservo.attach(9); // attaches the servo on pin to the servo object pinMode(trig,OUTPUT); // chân trig phát tín hiệu pinMode(echo,INPUT); // chân echo nhận tín hiệu pinMode(tien1,OUTPUT); pinMode(tien2,OUTPUT); pinMode(lui1,OUTPUT); pinMode(lui2,OUTPUT); digitalWrite(tien1,LOW); digitalWrite(tien2,LOW); digitalWrite(lui1,LOW); digitalWrite(lui1,LOW); // Serial.begin(9600); myservo.write(90); delay(500); } void loop() { khoangcach=0; dokhoangcach(); if(khoangcach>gioihan||khoangcach==0) { dokhoangcach(); 28 if(khoangcach>gioihan||khoangcach==0) { dithang(); } } else { resetdongco(); quaycbsangtrai(); khoangcachtrai=khoangcach; quaycbsangphai(); khoangcachphai=khoangcach; if(khoangcachphai