Chương 4 : QUY TRÌNH THIẾT KẾ
4. 3.1 Phần robot tự hành
Sản phẩm của chúng em là xe tự hành sử dụng Arduino để lập trình và hoạt động nhờ 4 động cơ motor bánh xe được cấp nguồn từ pin, điều khiển tốc độ của động cơ qua mạch cầu L298N và quét phát hiện vật cản bằng cảm biến siêu âm và động cơ xoay servo.
Để có được mơ hình với các thơng số như bảng 3-1 phía trên thì nhóm em chọn các linh kiện sau:
Arduino Uno R3: Là “bộ não” chính của sản phẩm, nơi lập trình code để sản phẩm
hoạt động đúng mục đích.
Hình 4.6: Arduino Uno R3
Thơng số kỹ thuật:
Chip điều khiển chính: ATmega328P
Chip nạp và giao tiếp UART: ATmega16U2
Nguồn ni mạch: 5VDC từ cổng USB hoặc nguồn ngồi cắm từ giắc tròn DC
Số chân Digital I/O: 14 (trong đó 6 chân có khả năng xuất xung PWM).
41
Số chân Analog Input: 6
Dòng điện DC Current trên mỗi chân I/O: 20 mA
Dòng điện DC Current chân 3.3V: 50 mA
Flash Memory: 32 KB (ATmega328P), 0.5 KB dùng cho bootloader.
SRAM: 2 KB (ATmega328P)
EEPROM: 1 KB (ATmega328P)
Clock Speed: 16 MHz
LED_BUILTIN: 13
Kích thước: 68. x 53.4 mm
Cấp nguồn: Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp
nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V. Thường thì cấp nguồn bằng pin vng 9V là hợp lí nhất nếu bạn khơng có sẵn nguồn từ cổng USB. Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, sẽ làm hỏng Arduino UNO.
Chân nguồn:
GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi bạn dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau.
5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA. 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.
Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.
IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở chân này. Và dĩ nhiên nó ln là 5V. Mặc dù vậy bạn khơng được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó khơng phải là cấp nguồn.
RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ
42
Mạch cầu IC L298: là mạch điều khiển tốc độ của motor bánh xe, giúp cho xe chạy
với tốc độ tùy theo nhu cầu của người sử dụng.
Thông số kỹ thuật:
IC chính: L298 - Dual Full Bridge Driver
Điện áp đầu vào: 5~30VDC
Công suất tối đa: 25W 1 cầu (lưu ý cơng suất = dịng điện x điện áp nên áp cấp vào càng cao, dịng càng nhỏ, cơng suất có định 25W).
Dịng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A
Mức điện áp logic: Low -0.3V~1.5V, High: 2.3V~Vss
Kích thước: 43x43x27mm
Cấp nguồn: Bộ nguồn 12V-GND-5V: Tùy thuộc loại động cơ mà ta chọn 12V hay
5V.
Chân nguồn:
Chân A Enable, B Enable là 2 chân điều khiển tốc độ 2 động cơ riêng biệt. Input: Là 4 chân điều khiển chiều quay của 2 động cơ.
Output A, Output B: Là 2 đầu ra kết nối với 2 động cơ
43
Cặp động cơ DC giảm tốc V1 Dual Shaft Plastic Geared TT Motor + Bánh Xe:
Là động cơ motor giúp cho xe chạy, sản phẩm sử dụng 4 cặp động cơ. Thông số kỹ thuật:
Điện áp hoạt động : 3~9VDC
Dòng điện tiêu thụ: 110~140mA
Tỉ số truyền 1:48
125 vòng/ 1 phút tại 3VDC.
208 vòng/ 1 phút tại 5VDC.
Moment: 0.5KG.CM
Kèm bánh xe đường kính 65mm.
Cảm biến siêu âm Ultrasonic HC-SR04: Bộ phận quét và nhận biết vật cản trước
mặt để xe có thể tránh né. Thơng số kỹ thuật:
Điện áp hoạt động: 5VDC
Dịng tiêu thụ: 10~40mA
Tín hiệu giao tiếp: TTL
Chân tín hiệu: Echo, Trigger.
Góc quét: <15 độ
Tần số phát sóng: 40Khz
Khoảng cách đo được: 2~450cm
(khoảng cách xa nhất đạt được ở điều khiện lý tưởng với không gian trống và bề mặt vật thể bằng phẳng, trong điều kiện bình thường cảm biến cho kết quả chính xác nhất ở khoảng cách <100cm).
Sai số: 0.3cm (khoảng cách càng gần, bề mặt vật thể càng phẳng sai số càng nhỏ).
Kích thước: 43mm x 20mm x 17mm
Hình 4.8: Cặp động cơ DC giảm tốc + bánh xe
44
Cấp nguồn: Nguồn làm việc: 5V (một số mạch điện tử có thể cấp nguồn 3.3V vẫn
hoạt động bình thường nhưng cảm biến siêu âm cần hoạt động ở mức 5V).
Chân nguồn:
Vcc -> nguồn 5V
Trig -> nối vi điều khiển (ngõ phát) (pin 3 arduino) (có thể sử dụng mức áp 3.3V để kích cảm biến mà khơng ảnh hưởng đến kết quả)
Echo -> nối vi điều khiển (ngõ thu) (pin 2 arduino) Gnd -> nối âm
Động cơ RC Servo MG90S: Động cơ xoay chuyển hướng hỗ trợ cho cảm biến siêu
âm quét vật cản, có thể xoay với 1 góc rộng bao qt cho xe. Thơng số kỹ thuật: Model: MG90S servo Điện áp hoạt động: 4.8 ~ 6VDC Stall Torque: 1.8kg/cm(4.8V ),2.2kg/cm(6V) OperatingSpeed: 0.1sec/60degree(4.8v), 0.08sec/60degree(6v)
Bánh răng: Kim loại.
Độ dài dây nối: 175mm
Trọng lượng: 13.4g
Kích thước: 22.8 x 12.2 x 28.5mm
Cấp nguồn: Điện áp hoạt động trong ngưỡng : 4.8-5V Chân nguồn:
Dây đen: GNG Dây đỏ: VCC Dây cam: Input
45
Hộp Pin 2 Cỡ 18650 Có Cơng Tắc + 2 pin 18650: Nguồn điện cấp cho động cơ xe
và bộ mạch chính của xe
Thơng số kỹ thuật:
Kiểu pin: 18650.
Điện áp trung bình 3.7V, sạc đầy 4.2V.
Dung lượng: 2500mAh.
Dịng xả: 5A
Kích thước: 18x65mm và Trọng lượng: 46g.