Thông số kỹ thuật:
- Điện áp hoạt động: 3 - 9VDC;
- Dòng điện tiêu thụ: 110 - 140mA;
- Tỉ số truyền: 1:120;
- 125 vòng/ 1 phút tại 3VDC;
- 208 vòng/ 1 phút tại 5VDC;
- Moment: 1.0 kg.cm = 1kNm.
Do vị trí thiết kế để gá động cơ là đối xứng nhua trên thân xe, vì vậy khơng tồn tại độ sai số giữa tâm 2 bánh xe động lực.
25
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ ROBOT DỊ LINE
3.1- LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Đặc điểm và yêu cầu của xe:
- Xe di chuyển trên địa hình bằng phẳng, khơng có dốc nghiêng.
- Xe di chuyển với đường line liên tục khơng bị đứt đoạn.
- Các vị trí giao nhau trên sa bàn: A, B, D có thể rẽ theo yêu cầu.
Phương án thiết kế cơ khí:
Bảng 3.1: So sánh các ưu nhược điểm cho sơ đồ nguyên lý robot dị line
Phương án 2 bánh chủ Xe 2 động, khơng bánh có bánh bị động
Xe 2 bánh chủ động đặt phía sau, 1 bánh bị động đặt phía trước Xe 3 bánh 2 bánh chủ động đặt phía trước, 1 bánh bị động đặt phía sau 27
Xe 4 bánh
Lựa chọn phương án 2a: Xe gồm có 3 bánh, trong đó 2 bánh chủ động đặt ở
phía sau và 1 bánh bị động đặt ở phía trước. Để đảm bảo 3 bánh tạo được độ đồng phẳng tốt,
Dưạ trên các yêu cầu đưa ra và đặc điểm của các thiết kế trên ta lựa chọn phương án thiết kế hình dáng robot dị line như sau:
Hình 3.1: Sơ đồ ngun lý mơ hình xe dị line
1 2 3 4 Mạch dị line Thân robot Bánh xe đa hướng Bánh xe chủ động Thiết kế mơ hình 3D bằng phần mềm SolidWorks Hình 3.2- Bản vẽ 3D xe dị line 30
TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat
Hình 3.3- Bản vẽ 2D xe dò line
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE DỊ LINE
Trong q trình tìm hiểu và nghiên cứu, nhóm đồ án đã biết được ưu, nhược của nhiều loại thiết bị khác nhau từ đó đã đưa ra được sự lựa chọn các thiết bị phù hợp nhất cho đồ án này. Dưới đây là các thiết bị đó:
4.1. KIT ĐIỀU KHIỂN ARDUINO NANO
Arduino Nano là phiên bản nhỏ gọn của Arduino Uno R3 sử dụng MCU
ATmega328P-AU dán, vì cùng MCU nên mọi tính năng hay chương trình chạy trên Arduino Uno đều có thể sử dụng trên Arduino Nano, một ưu điểm của Arduino Nano là vì sử dụng phiên bản IC dán nên sẽ có thêm 2 chân Analog A6, A7 so với Arduino Uno.
31
Hình 4.1- Kit Arduino Nano với vi điều khiển ATEMEGA328P
Thơng số kỹ thuật:
IC chính: ATmega328P-AU.
IC nạp và giao tiếp UART: CH340.
Điện áp cấp: 5VDC cổng USB hoặc 6-9VDC chân Raw. Mức điện áp giao tiếp GPIO: TTL 5VDC.
Dòng GPIO: 40mA.
Số chân Digital: 14 chân, trong đó có 6 chân PWM. Số chân Analog: 8 chân (hơn Arduino Uno 2 chân). Flash Memory: 32KB (2KB Bootloader).
SRAM: 2KB; EEPROM: 1KB Clock Speed: 16Mhz.
Tích hợp Led báo nguồn, led chân D13, LED RX, TX. Tích hợp IC chuyển điện áp 5V LM1117.
Kích thước: 18.542 x 43.18mm
32
Hình 4.2- Sơ đồ chân Arduino Nano
- Cac chân: 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 và 16
Như đã đề cập trước đó, Arduino Nano có 14 ngõ vao/ra digital. Các chân làm việc với điện áp tơi đa la 5V. Mỗi chân có thể cung cấp hoặc nhận dịng điện 40mA và có điện trở kéo lên khoảng 20-50kΩ. Cac chân có thể được sử dụng làm đầu vào hoặc đầu ra, sử dụng các hàm pinMode (), digitalWrite () và digitalRead ().
Ngoài các chức năng đầu vào và đầu ra sơ, các chân nay cũng có một số chức năng bổ sung.
- Chân 1, 2: Chân nối tiếp
Hai chân nhận RX và truyền TX này được sử dụng để truyền dữ liệu nối tiếp TTL. Các chân RX và TX được kết nối với các chân tương ứng của chip nối tiếp USB tới TTL.
- Chân 6, 8, 9, 12, 13 và 14: Chân PWM
Mỗi chân số này cung cấp tín hiệu điều chế độ rộng xung 8 bit. Tín hiệu PWM có thể được tạo ra bằng cách sử dụng hàm analogWrite ().
- Chân 5, 6: Ngăt
33
Khi chúng ta cần cung cấp một ngắt ngoài cho bộ xử lý hoặc bộ điều khiển khác, chúng ta có thể sử dụng các chân này. Các chân này có thể được sử dụng để cho phép ngắt INT0 và INT1 tương ứng bằng cách sử dụng hàm attachInterrupt (). Các chân có thể được sử dụng để kích hoạt ba loại ngắt như ngắt trên giá trị thấp, tăng hoặc giảm mức ngăt và thay đổi giá trị ngăt.
- Chân 13, 14, 15 và 16: Giao tiếp SPI
Khi bạn không muốn dữ liệu được truyền đi khơng đồng bộ, bạn có thể sử dụng các chân ngoại vi nối tiếp này. Các chân này hỗ trợ giao tiêp đồng bộ với SCK. Mặc dù phần cứng có tính năng này nhưng phần mềm Arduino lại khơng có. Vì vậy, bạn phải sử dung thư viện SPI để sử dụng tính năng này.
- Chân 16: Led
Khi ban sư dung chân 16, đèn led trên bo mach se sang.
- Chân 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 và 26 : Ngõ vao/ra tương tư
Như đã đề cập trước đó UNO có 6 chân đầu vào tương tự nhưng Arduino Nano có 8 đầu vào tương tự (19 đến 26), được đánh dấu A0 đến A7. Điều này có nghĩa là bạn có thể kết nối 8 kênh đầu vào tương tự để xử lý. Mỗi chân tương tự này có một ADC có độ phân giải 1024 bit (do đó nó sẽ cho giá trị 1024). Theo mặc định, các chân được đo từ mặt đất đến 5V. Nếu bạn muốn điện áp tham chiếu là 0V đến 3.3V, co thê nôi vơi nguôn 3.3V cho chân AREF (pin thứ 18) bằng cách sử dụng chức năng analogReference (). Tương tự như các chân digital trong Nano, các chân analog cũng có một số chức năng khác.
- Chân 23, 24 như A4 và A5: chuân giao tiêp I2C
Khi giao tiêp SPI cũng có những nhược điểm của nó như cần 4 chân và giới hạn trong một thiết bị. Đối với truyền thông đường dài, cân sử dụng giao thức I2C. I2C hỗ trợ chỉ với hai dây. Một cho xung (SCL) và một cho dữ liệu (SDA). Để sử dụng tính năng I2C này, chúng ta cần phải nhập một thư viện có tên là Thư viện Wire.
34
- Chân 18: AREF
Điện áp tham chiếu cho đầu vào dùng cho việc chuyển đổi ADC. - Chân 28 : RESET
Đây la chân reset mach khi chung ta nhân nut rên bo. Thường được sử dụng để được kết nối với thiết bị chuyển mạch để sử dụng làm nút reset.
4.2- MODULE ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TB6612
Các phương án lựa chọn module điều khiển động cơ
Phương án
Driver L298N
Driver LMD18200
Driver TB6612 1A
Lựa chọn phương án 3: TB6612 1A
Module điều khiển động cơ bước TB6612 1A dùng để điều khiển hai động cơ DC hoặc một động cơ bước với dòng điện liên tục ở 1.2A (đạt đỉnh 3.2A). Hai tín hiệu ngõõ̃ vào có thể sử dụng để điều khiển motor ở 4 chế độ khác nhau như quay thuận, quay ngược, hãm, stop. Hai motor có thể điều khiển riêng biệt, tốc độ mỗi motor được điều khiển qua tín hiệu PWM với tần số lên đến 100KHz.
36
Hình 4.3- Module điều khiển động cơ TB6612
Driver: Mô đun điều khiển động cơ tích hợp mạch cầu H.
Hình 4.4- Mơ hình mạch cầu H
Một động cơ DC có thể quay thuận hoặc quay nghịch tùy thuộc vào cách bạn mắc cực âm và dương cho motor đó. Ví dụ, động cơ DC có hai đầu A và B. Nếu bạn nối A vào cực dương (+) và B vào cực âm (-) của nguồn thì động cơ quay theo chiều thuận (giả sử cùng chiều kim đồng hồ). Bây giờ bạn nối ngược lại, A vào (-) và B vào (+), động cơ sẽ quay nghịch ( giả sử ngược chiều kim đồng hồ).
37
Tương tự, khi ta đóng S1 và S4, ta đã cho A nối với cực dương (+) và B nối với cực âm (-) của nguồn, một dòng điện chạy từ nguồn qua S1 qua động cơ qua S4 về mass làm động cơ quay theo chiều thuận. (H4.6)
Hình 4.5- Động cơ quay thuận
Ngược lại, khi ta đóng S2 và S3, động cơ quay nghịch.
38
Hình 4.6- Động cơ quay nghịchThông số kỹ thuật: Thông số kỹ thuật:
- Điện áp cung cấp: 2.7 ~ 5.5V DC.
- Driver hỗ trợ 2 cầu H có thể dùng cho hai động cơ DC hoặc một động cơ bước.
- Điện áp cung cấp cho motor: giới hạn ở mức 15V DC.
- Tần số hoạt động lên đến 100KHz.
- Dòng điện ngõõ̃ ra max: 3.2A cho mỗi cầu.
- Dòng ngõõ̃ ra liên tục: 1.2A cho mỗi cầu (có thể mắc song song để lên đến 2.4A). - 4 chế độ điều khiển: quay thuận, quay ngược, hãm, stop.
- Bảo vệ quá nhiệt và quá áp.
- Tụ lọc ở cả 2 ngõõ̃ cấp nguồn.
- Bảo vệ chống ngược nguồn cấp cho motor.
4.3- HỆ THỐNG DỊ ĐƯỜNG
Bảng lựa chọn phương án cho cảm biến dị line.
39
Phương án
Camera
Cảm biến hồng ngoại
Lựa chọn số lượng cảm biến hồng ngoại:
40
Phương án 1: 5 cặp cảm biến
+ Bắt được
tốt hơn do
1cảm biến ở tâm
line (so với
cảm biến chẵn). + Giảm chi phí so với 7 cảm biến. + Hạn chế nhiễu so với 7 cảm biến.
Lựa chọn phương án 2: Dùng 7 cảm biến hồng ngoại
Hình 4.7- Cảm biến hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoại (hay còn gọi là IR Sensor), chúng là một thiết bị điện tử có khả năng phát hiện bức xạ hồng ngoại trong môi trường xung quanh. Thực tế, tên tiếng anh của cảm biến hồng ngoại là Passive Infrared, viết tắt là PIR dịch sát nghĩa là “hồng ngoại thụ động”. Cảm biến hồng ngoại phát ra các tia vơ hình với mắt người, vì bước sóng của nó dài hơn bước sóng ánh sang khả kiến (tức là ánh sang có thể nhìn thấy được). Bất cứ thứ gì phát ra nhiệt (mọi thứ nhiệt độ nằm trên 5 độ Kelvin) đều phát ra bức xạ hồng ngoại.
Hồng ngoại hay còn gọi là tia hồng ngoại là một bức xạ điện từ. Hồng ngoại tức là ngồi bước sóng đỏ. Màu đỏ là màu có bước sóng dài nhất trong ánh sang thường. Thơng thường những vật thể có nhiệt độ trên 35 độ C sẽ phát ra bước song hồng ngoại. Bức xạ hồng ngoại được vơ tình phát hiện ra bởi một nhà thiên văn học tên là William Herschel vào năm 1800. Trong khi đó nhiệt độ của từng màu ánh sang, ông nhận thấy rằng nhiệt độ vượt qua ngồi ánh sang đỏ là cao nhất.
Có hai loại cảm biến hồng ngoại là cảm biến dạng chủ động và thụ động. Cảm biến hồng ngoại hoạt động bằng cách phát ra và phát hiện bức xạ hồng ngoại. Cảm biến hồng ngoại chủ động thường cấu tạo có 2 phần: diode phát sáng (LED) và máy thu. Khi một vật thể đến gần cảm biến, ánh sáng hồng ngoại từ đèè̀n LED sẽ phản xạ khỏi vật thể và được thiết bị thu phát hiện. Cảm biến hồng ngoại hoạt động đóng vai trị là cảm biến tiệm cận và thường được sử dụng trong các hệ thống phát hiện vật cản, ở đây là phát hiện phôi trong mô đun đựng phơi. Hồng ngoại thụ động có nghĩa là chỉ nhận các tia hồng ngoại phát ra từ các vật thể khác như người, động vật hoặc một nguồn nhiệt bất kì, chứ tự nó khơng phát ra tia hồng ngoại nào cả. Sauk hi nhận biết được nguồn nhiệt, bộ phận cảm biến sẽ phân tích để xác định điều kiện báo động.
42
Hình 4.8- Ngun lí hoạt động của cảm biến hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoại sử dụng cảm biến ánh sáng nên có sơ đồ rất giống cảm biến ánh sáng. Sự khác biệt duy nhất là việc bổ sung LED hồng ngoại và đầu dò hồng ngoại yêu cầu kết nối 5V và nối đất.
Khoảng cách giữa cảm biến và đường line: - Góc chiếu của Emitter:
- Góc chiếu của Detector:
- Khoảng cách giữa
Hình 4.9- Vùng hoạt động của 1 cặp cảm biến hồng ngoại
Xác định độ dài : Nên:
L=
là: ℎ + 0,7> = 9,3→ ℎ > 8,6
Do đó khoảng cách giữa cảm biến với mặt đường để xuất hiện vùng giao thoa
Từ thực nghiệm tiến hành kiểm tra, khoảng cách tối ưu với sàn cho cảm biến được chọn: h = 14 mm. (thể hiện trong bản vẽ 2D)
Khoảng cách giữa các cảm biến: Để các cảm biến hoạt động tốt, cùng hoạt động của 2 cảm biến phải tách biệt nhau, không được chồng lên nhau. Với khoảng cách từ cảm biến và đường line h = 14 mm, bán kính của đường trịn trên mặt sàn được tính tốn như sau:
- Led phát: r phá t = (ℎ +
- Led thu: Rt hu
Phạm vi quét của 2
Hình 4.10- Phạm vi quét của 2 cảm biến liền kề
Từ (H4.10), khoảng cách l1 được xác định:
l1 = r phá t + Rt hu = (2,07 + 3.94) = 6.01(
Tiế n hành t hực nghiệ m, chọn D
Khoảng cách tối thiểu D giữa 2 cảm biến để khơng bị D=11,2(
schematic mạch Altium).
Hình 4.11- Sơ đồ ngun lí module dị line tự thiết kế
Hình 4.12- Sơ đồ đấu nối chân trong mạch 2D
45
Hình 4.13- Hình 3D module dò line tự thiết kế 2 mặt trên, dưới
đây
4.4- NGUỒN CẤP CHO ROBOT DÒ LINE
Pin 18650 được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực thiết bị số như pin laptop, pin sạc dự phòng, pin máy khoan pin và trong các đồ án xe tự hành cơ vừa và nhỏ. Pin 18650 là cell pin Lithium-ion có thể sạc lại trong ngành cơng nghiệp pin, thường được sử dụng cho pin laptop hoặc sạc dự phịng. Là pin có thể sạc lại được và sử dụng công nghệ Lion (Lithium Ion). Pin 18650 có điện áp dao động quanh khoảng 3.7V – 4.2V.
Pin 18650 có đường kính 18mm và chiều dài khoảng 650mm, cái tên 18650 cũng bắt nguồn từ đây để phân biệt với các dịng pin khác. số 0 chính là để phân biệt đây là pin dạng hình trụ. Ngồi ra nó cũng có người anh em là pin 26650 với kích thước bé hơn và dung lượng lớn hơn nhưng ít phổ biến hơn 18650.
Trong đồ án nhóm quyết định sử dụng pin cell thày vì các loại pin thơng thường bởi một số lí do sau đây:
- Khối lượng, kích thước nhỏ gọn.
- Có thể sạc đầy và sử dụng tiếp.
- Đáp ứng đủ loại công suất, chỉ phụ thuộc vào công suất sử dụng và thời gian sử dụng (tức là cơng suất sử dụng càng lớn thì thời gian sử dụng càng ngắn và ngược lại).
Nhóm lựa chọn loại pin cell sau đây:
46
Thơng số kỹ thuật của Pin cell 18650 Samsung 2600mAh
Chất liệu pin: pin lithium ion; Thương hiệu pin: Samsung; Mẫu pin: 18650;
Thông số kỹ thuật của pin: đường kính 18mm * dài 65mm; Dung lượng pin: 2600 mAh;
Điện trở trong của pin: 45,6 mΩ (milliohms); Số lần xả: 1000 chu kỳ trở lên;
Tiêu chuẩn điện áp: điện áp tiêu chuẩn 3,6 ~ 3,7V, điện áp 4.2V sau khi đầy điện, 2,75V sau khi xả.
Hình 4.14- Pin cell 18650 Samsung 2600mAh
Dung lượng khả dụng (mah) = [Dung lượng tổng (mah) x 3.7v x Hiệu suất chuyển đổi (%) x số pin] / 5v
Lưu ý:
+ Dung lượng tổng và 3.7 V là thông số nhà sản xuất cell cung cấp, ghi rõõ̃ thông tin trên pin dự phòng.