4.2.1Khối cảm biến:
Yêu cầu:
Để phát hiện được vật cản và xe có phản xạ kịp thời, cảm biến cần phải phát hiện chính xác trong tầm khoảng cách 20cm.
Các loại thường gặp:
STT Tên Khoảng cách phát hiện Giá 1 Cảm biến hồng ngoại Analog
SHARP
20 – 150 cm 230.000 VND
2 Cảm biến hồng ngoại V1 2 -5 cm 20.000 VND
3 Cảm biến siêu âm SRF 04 2 - 300 cm 30.000 VND
36
Giải pháp:
● Trong các loại cảm biến thường gặp thì cảm biến IR có giá thành thấp nhất nhưng khi lau nhà trong môi trường có ánh sáng mặt trời các cảm biến hồng ngoại lại không đảm bảo về độ chính xác.
● Do đó cảm biến siêu âm sẽ là sự lựa chọn tốt để thực hiện chức năng tránh vật cản của robot.So với srf04 thì srf05 có khoảng cách phát hiện xa hơn,giá thành không chênh lệch nhiều.
● Xác định địa hình xấu: Ngược lại so với chức năng tránh vật cản các cảm biến dò địa hình được đặt ở gầm robot, nơi ánh sáng hạn chế rất thích hợp sử dụng cảm biến hồng ngoại,tối ưu về giá thành.
Giải pháp được chọn: Dùng cảm biến siêu âm SRF-05 vì có khoảng cách phát hiện xa và giá thành rẻ.
4.2.2 Khối điều khiển động cơ
Yêu cầu:
● Điều khiển được motor 12V.
● Có thể nhận điện áp điều khiển mức logic từ 3.3V -5V cho phù hợp với các vi điều khiển hiện nay.
ST T
Tên Giá Điện áp đầu vào Dòng cực đại mỗi ngõ vào
1 L298 55.000 VND 5 – 30V 2A
2 L9110 45.000 VND 2.5 - 12V 0.8A
3 Mini H1 45.000 VND 2 -10V 1.5A
4 TB6612 70.000 VND < 15V 1.2A
Giải pháp: Chọn module L298 do:
● Có mạch bảo vệ chống quá dòng bên trong, dễ sử dụng.
● Dù có giá tiền rẻ hơn nhưng Mini H1 và L9110 không có được mạch bảo vệ quá dòng, để gây hư hỏng các linh kiện khác trong hệ thống.
37
4.2.3Khối giao tiếp wifi
Yêu cầu:
● Phù hợp với chuẩn Wifi hiện nay (802.11).
● Hoạt động ổn định.
● Có thể ưu tiên chọn các board mạch nhúng tích hợp sẵn module wifi.
Giải pháp: Chọn NodeMCU ESP8266 là do:
● Dễ dàng trong việc lập trình giao diện.
● Nhìu chân gpio hỗ trợ giao tiếp camera.
4.2.4 Khối xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm chọn dòng vi điều khiển PIC vì đây là loại vi điều khiển phổ biến giá thành rẻ dễ dàng gia công.
Tính toán số lượng chân cần thiết :
STT Tên linh kiện Số chân kết nối Số lượng
1 Cảm biến hồng
ngoại
1 6
2 Esp8266 2 1
3 Cảm biến góc 6 1
4 Cảm biến siêu âm 4 1
5 Cảm biến điện áp 2 1
6 Động cơ encoder 1 2
Sau khi tính toán thì cần ít nhất 24 chân I/O. Tốc độ xử lý dữ liệu từ 16bit đến 32bit.
Tên Giá
Pic16F887 45.000đ
Bộ Raspberry pi zero 500.000đ
38
● Trong những cái tên được nêu ở trên thì Pic 16F887 có giá thành thấp nhất nhưng vẫn có thể đảm bảo được số chân I/O cần thiết cũng như tốc độ xử lý.Ngoài ra robot lau nhà cần nhỏ gọn để có thể lau dọn trong những không gian hẹp nên Pic 16F887 là sự lựa chọn để tối ưu diện tích phần cứng.
● Chức năng ngõ vào ra, kết nối.
● Port B kết nối với các cảm biến hồng ngoại vì trên PIC có cho phép ngắt ngoài bằng port B.
● Port C kết nối với module ESP8266 và đọng cơ encoder.
● Port A kết nối với cảm biến điện áp để đo dung lượng pin.
● Port D, B,E kết nối với các module còn lại.
Các chương trình con được lập trình sẵn trên pic khi người dùng chọn chế độ thực hiện thì dữ liệu được truyền qua module esp8266 giao tiếp với pic bằng chân usart để thực hiện chế độ.
Các trương trình con bao gồm các nhiệm vụ sau :
● Cài đặt các thông số ban đầu cho pic và module esp8266.
● Thực hiện các lênh kiểm tra tín hiệu đầu vào.
● Điều khiển động cơ hoạt động theo mong muốn và thuật toán đã được lập trình.
4.2.5 Khối nguồn:
● Cho Motor : Dùng 2 pin 4.2V và 1 viên 3.7V loại sạc lại để tạo điện áp 12.1V cho Motor.
Tên Giá Điện áp ra Dòng xả
Pin sạc Panasonic 1100mAh 30.000 VND 3.7V 2A
Pin sạc Panasonic 1100mAh 30.000 VND 4.2V 2A
39
4.3 Lưu đồ giải thuật 4.3.1 Lưu đồ giao diện 4.3.1 Lưu đồ giao diện
4.3.1.1 Lưu đồ đăng nhập web
Khi truy cập đến web, hiển thị ô đăng nhập các chức năng điều khiển bị vô hiệu.
Sau khi nhập đúng password, có thể sử dụng các chức năng điều khiển.
Ưu điểm
Đáp ứng đầy đủ những chức năng cần thiết.
Camera hỗ trợ quá trình điều khiển.
Khuyết điểm
Giao diện còn đơn giản.
40
4.3.1.2 Lưu đồ giao diện điều khiển web và android
Gồm 2 chế độ điều khiển:
Chế độ tự động:
Phát tín hiệu “auto” đến robot để robot chạy theo thuật toán được lập trình sẵn.
Chế độ điều khiển:
Phát tín hiệu từ các phím điều khiển, robot sẽ di chuyển theo yêu cầu của người sử dụng dưới sử hỗ trợ của camera quan sát.
Ưu điểm:
Hai chế độ hoạt động giúp người dùng có thể don dep phòng ở bất kì nơi nào trong nhà.
Khuyết điểm:
41
4.3.2 Lưu đồ hoạt động robot 4.3.2.1 Lưu đồ chính 4.3.2.1 Lưu đồ chính
Khi nhận được tín hiệu điều khiển:
Chế độ tự động: Khi nhận được lệnh tự vận hành robot sẽ chạy theo thuật toán zic zag được lập trình sẵn.
Chế độ điều khiển: Khi nhận lệnh từ các nút nhấn điều khiển, robot sẽ di chuyển theo hướng mà người dùng mong muốn.
Ưu điểm:
Thời gian trễ giữa quá điều khiển và quá trình robot thực thi khá thấp khoảng 0.5s
Khuyết điểm:
42
4.3.2.2 Lưu đồ tự vận hành
Trong chế độ tự vận hành:
Ban đầu robot sẽ chạy thẳng, lúc đó các cảm biến ở phía đầu robot sẽ liên tục dò tìm vật cản ở phía trước sau đó truyền dữ liệu về khối xử lý trung tâm.
Nếu trong khi đang chạy thẳng robot gặp vật cản , robot sẽ chạy theo thuật toán zic zag.
Nếu không có vật cản robot sẽ tiếp tục chạy thẳng.
Giới thiệu thuật toán zic zag:
Khi gặp vật cản đầu tiên, robot sẽ lần lượt lùi lại, quẹo phải, quẹo phải rồi đi thẳng đến khi gặp vật cản tiếp theo.
Khi gặp vật cản thứ 2, robot sẽ lần lượt lùi lại, quẹo trái, quẹo trái rồi đi thẳng đến khi găp vật cản tiếp theo thì quay về giống lần gặp vật cản đầu tiên.
Ưu điểm:
Thuật toán zic zag được sử dụng giúp đạt được diện tích dọn dẹp là tối đa.
Khuyết điểm:
43
4.3.2.3 Hoạt động theo yêu cầu
Trong chế độ này robot nhận lệnh từ các nút điều khiển hướng.
Khi nhận lệnh robot sẽ kiểm tra xem có đang ở chế độ tự động không, nếu có sẽ thoát chế độ tự động và di chuyển theo ý người sử dụng.
44
Chương 5: KẾT QUẢ, SO SÁNH, THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH, TỔNG HỢP
5.1 Phần cứng
Hình 5.1.1 Phần cứng robot
Hình 5.1.2 Phần cứng robot sau khi hoàn thiện
Nhận xét:Phần cứng hoạt động ổn, khá nhỏ gọn nên có thể lau chùi ở những nơi con người khó tiếp xúc.
45
5.2 Giao diện điều khiển
Hình 5.2.1 Giao diện đăng nhập web trước khi nhập pass
Nhận xét: Robot hoạt động theo yêu cầu nhưng có độ trễ 1.5s khi điều khiển
Hình 5.2.3 Giao diện điều khiển trên di động
Nhận xét: Robot chạy theo yêu cầu thông qua giao diện điều khiển bằng điện thoại với độ trễ thấp.
46
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận
Sản phẩm lần này đã đáp ứng được một số yêu cầu đã đề ra:
● Robot có thể lau dọn nhà cửa theo thuật toán zic zag.
● Có thể điều khiển qua điện thoại, web.
● Có thể truyền hình ảnh từ camera về.
Một số những hạn chế của đề tài:
● Chưa thể điều khiển thông qua nền tảng IOS.
● Chưa thể thiết kế được đế xác thông minh.
● Chưa thể tự xạc pin khi hết pin
● Chức năng hoạt động chưa tốt
6.2 Hướng phát triển
Nghiên cứu và phát thêm trên nền tảng IOS cũng như phát triển thêm về mảng xạc thông minh.
47
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Microchip, PIC16f887, www.microchip.com/wwwproducts/en/PIC16F887,
18/1/2018
Android studio, Android,
www.androidauthority.com/android-studio-tutorial-beginners-637572/, 18/1/2018 Arduino, nodeMCU, www.arduino.cc/en/Tutorial/HomePage, 18/1/2018,
www.internetofthinking.blogspot.com, 18/1/2018