Hình 3.1 Arduino mega 2560 mặt trước
Hình 3.2 Arduino mega 2560 mặt sau
37 Arduino Mega 2560 là mạch vi điều khiển 16bit dựa trên Atmega2560. Nó có 54 chân digital input/output( trong đó có 14 chân có thể được sử dụng với chức năng băm xung PWM), 16 chân analog input, 4 UARTs( cổng kết nối phần cứng), 1 thạch anh 16 MHz, 1 cổng kết nối USB, 1 cổng jack nguồn, 1 đầu ICSP và 1 nút nhấn reset.
Bảng 3.1 Tóm tắt các thông số của arduino 2560
Vi điều khiển Atmega2560
Nguồn hoạt động 5V
Nguồn cấp vào( đề nghị) 7- 12V
Nguồn cấp vào( giới hạn) 6- 20V
Chân I/O digital 54( 14 chân cho ra xung PWM)
Chân ngõ vào analog 16
Dòng DC trên mỗi chân I/O 40 mA
Dòng DC cho chân 3.3V 50 mA
Bộ nhớ Flash 256 KB( 8KB cho bootloader)
SRAM 8KB
EEPROM 4KB
Tốc độ xung nhịp 16 MHz
Input và Output
Mỗi 54 chân digital của Mega có thể được dùng làm chân input hoặc output, sử dụng các chức năng như pinMode(), digitalWrite(), digitalRead(). Hoạt động ở mức 5V và dòng tối đa là 40mA.
Một số chân có chức năng đặc biệt như:
+ Ngắt ngoài: chân 2( ngắt 0), 3( ngắt 1), 18( ngắt 5), 19( ngắt 4), 20( ngắt 3), và 21( ngắt 2).
+ PWM: 0 – 13 cung cấp PWM 8 bit với chức năng analogWrite().
Sở dĩ, nhóm chọn arduino làm bộ điều khiển cho mô hình vì nó nhỏ gọn, tốc độ xung nhịp tương đương với tốc độ xung nhịp của ECU parking assist, với cấu tạo gồm nhiều chân input/ output dễ dàng cho việc lắp đặt.
38
Hình 3.3 Hình ảnh thực tế cảm biến siêu âm HC- SR04
Với ưu điểm là nhỏ gọn, cấu tạo đơn giản, chi phí thấp, độ chính xác tương đối, nhóm chọn cảm biến siêu âm HC- SR04 làm cảm biến chính để lắp trên mô hình.
Cấu tạo của cảm biến: gồm 2 đầu thu phát sóng siêu âm( 1 đầu phát và 1 đầu thu).
Cảm biến có 4 chân: 1. GND 2. Echo 3. Trig 4. Vcc
Trong đó:
Chân GND và Vcc là 2 chân nguồn. GND được nối với GND của arduino hoặc cực âm ( - ) của nguồn. Vcc được nối với cực dương (+) của nguồn 3.3V – 5V ( chuẩn 5V).
Chân Trig và Echo là 2 chân digital: Trig( digital OUTPUT), Echo( digital INPUT). Trig là chân phát tín hiệu từ cảm biến và Echo là chân nhận tín hiệu phản xạ từ vật cản.
Nguyên lí hoạt động: Để đo khoảng cách, ta sẽ phát 1 xung rất ngắn( 5 microSeconds) từ chân trig. Sau đó, cảm biến sẽ tạo ra 1 xung HIGH ở chân echo cho đến khi nhận lại được sóng phản xạ ở pin này. Chiều rộng của xung sẽ bằng với thời gian sóng siêu âm được phát từ cảm biển và quay trở lại.
Tốc độ của âm thanh trong không khí là 340 m/s (hằng số vật lý), tương đương với 29,412 microSeconds/cm. Khi đã tính được thời gian, ta sẽ chia cho 29,412 để nhận được khoảng cách.
39 Do cách thức hoạt động của cảm biến siêu âm hoạt động dựa trên phương pháp đo thời gian truyền nên có nhiều nguyên nhân dẫn đến sai số của phép đo, làm cho số liệu thu được thiếu chính xác hoặc bị nhiễu. Một số nguyên nhân chính sau:
- Sự thay đổi của tốc độ truyền sóng âm trong không khí.
- Sự tương tác của sóng tới với bề mặt của đối tượng cần đo.
- Tầm quét của cảm biến siêu âm có góc mở lớn (khoảng 53 độ).
Cách khắc phục:
+ Khắc phục sự thay đổi tốc độ truyền sóng âm trong không khí: vận tốc truyền sóng âm trong không khí phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường, khi nhiệt độ môi trường thay đổi thì vận tốc truyền sóng âm cũng thay đổi dẫn đến kết quả đo khoảng cách sẽ khác nhau khi thực hiện ở những nơi có nhiệt độ khác nhau. Vì vậy, ta sử dụng thêm cảm biến nhiệt độ LM35DZ để đo nhiệt độ.
+ Khắc phục sự tương tác của sóng với bề mặt của đối tượng cần đo.
+ Khắc phục góc mở của cảm biến.
3.1.1.3 Động cơ DC giảm tốc encoder GA25V1
40 Nhóm thiết kế hệ thống phanh và hệ thống lái thay bằng 2 motor encoder thông qua việc điều khiển tốc độ của 2 motor
Bảng 3.2 Các thông số của động cơ GA25 V1:
Điện áp cấp cho động cơ hoạt động 3V -12V
Điện áp cấp cho encoder hoạt động 3.3V
Tỷ số truyền khi qua hộp giảm tốc 1:34
Số xung khi qua hộp giảm tốc 374 xung
Đường kính động cơ 25 mm Đường kính trục 4 mm Tốc độ ko tải 320 rpm Dòng không tải 80 mA Tốc độ có tải: 284 rpm Dòng khi có tải 600 mA Moment: 188 kgf.cm Công suất định mức 13.2 W
Dòng khi động cơ bị giữ 2.29 A
Moment khi bị giữ 7.96 kgf.cm
Đĩa encoder 11 xung, hai kênh A_B
41
Hình 3.5 Sơ đồ chân motor encoder GA25 V1
3.1.1.4 Mạch cầu H L298
Do quá trình điều khiển 2 motor encoder cần tốc độ khác nhau nên nhóm sử dụng thêm module L298.
IC L298 là một IC tích hợp nguyên khối gồm 2 mạch cầu H bên trong. Với điện áp làm tăng công suất đầu ra từ 5V – 47V, dòng lên đến 4A, L298 rất thích hợp trong những ứng dụng công suất nhỏ như động cơ DC loại vừa.
42
Cấu tạo chi tiết L298
Hình 3.7 Sơ đồ mạch điện module L298
Tóm tắt qua chức năng các chân của L298:
- 4 chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 được nối lần lượt với các chân 5, 7, 10, 12 của L298. Đây là các chân nhận tín hiệu điều khiển.
- 4 chân OUTPUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4( tương ứng với các chân INPUT) được nối với các chân 2, 3, 13, 14 của L298. Các chân này sẽ được nối với động cơ.
- Hai chân ENA và ENB dùng để điều khiển các mạch cầu H trong L298. Nếu ở mức logic “1” (nối với nguồn 5V) thì cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ở mức logic “0” thì mạch cầu H không hoạt động.
Điều khiển chiều quay với L298:
43 - Khi ENA = 1:
+ INT1 = 1; INT2 = 0: động cơ quay thuận. + INT1 = 0; INT2 = 1: động cơ quay nghịch. + INT1 = INT2: động cơ dừng ngay tức thì. (tương tự với các chân ENB, INT3, INT4).
- Khi ENB = 0: Động cơ không quay với mọi đầu vào . - Khi ENB = 1:
+ INT3 = 1; INT4 = 0: động cơ quay thuân. + INT3 = 0; INT4 = 1: động cơ quay nghịch. + INT3 = INT4: động cơ dừng ngay tức thì.