PHẦN MỞ ĐẦU Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật nhƣ sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con ngƣời đạt hiệu quả cao. Các bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển tuy đơn giản nhƣng để vận hành và sử dụng đƣợc lại là một điều rất phức tạp. Các bộ vi điều khiển theo thời gian cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn đã tiến triển rất nhanh, từ các bộ vi điều khiển 4 bit đơn giản đến các bộ vi điều khiển 32 bit, rồi sau này là 64 bit.
Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp ứng đƣợc những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công – nông – lâm – ngƣ nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hằng ngày. Robot có vai trò rất quan trọng trong đời sống hiện nay đặc biệt là những ứng dụng của nó trong công nghiệp, sản xuất kinh tế, quốc phòng…. Vì vậy em chọn đề tài “ Thiết kế robot dò line tránh vật cản ” để làm đồ án điều khiển tự động.
Mặc dù đã rất cố gắng thiết kế và làm mạch nhƣng do thời gian ngắn và năng lực còn hạn chế nên mạch vẫn còn những sai sót. Em mong thầy (cô) giáo góp ý để em sớm hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn! 6 CHƢƠNG 2 : TỔNG QUAN ROBOT DÒ LINE 2. Tổng quan về ứng dụng vi điều khiển - Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là sự phát triển trong ngành điện tử đã đem đến rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp và trong sinh hoạt gia đình.
- Từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến những phƣơng thức kỹ thuật điều khiển hiện đại có nhiều ƣu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều khiển lắp ráp bằng các linh kiện rời nhƣ kích thƣớc nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ. - Trong các ứng dụng dân dụng và công nghiệp, các bộ vi mạch vi điều khiển đƣợc sử dụng rộng rãi và chúng đã phát huy đƣợc tính ƣu việt của nó và ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi hơn. - Việc sử dụng các bộ vi điều khiển để điều khiển các công việc mang tính lặp lại có chu kì là cần thiết để thay thế sự giám sát của con ngƣời, giảm đƣợc số lƣợng nhân công trong các dây chuyền sản xuất, thay con ngƣời thực hiện các công việc mang tính nguy hiểm, độc hại,. Giới thiệu về robot dò line 2.
Giới thiệu Ngày nay, khoa học kĩ thuật càng ngày càng phát triển, không chỉ phát triển ở một nhóm nƣớc ở châu âu nhƣ trƣớc đây mà lan rộng ra toàn cầu. Một trong những bƣớc tiến của khoa học đáng kể đến là sự xuất hiện và ra đời của robot - những bộ máy thông minh. Robot thực ra đó là những máy móc đƣợc con ngƣời chế tạo từ nhiều vật liệu khác nhau, nhƣng chủ yếu là những vật liệu dẫn điện. Gọi là những máy móc thông minh vì robot có thể làm những công việc thay thế con ngƣời từ những công việc đơn giản nhất cho đến những công việc phức tạp.
Có thể hiểu cấu trúc robot nhƣ sau: Robot gồm có hai phần: 7 + Phần cứng: là phần cấu tạo nên cấu trúc hoạt động của robot (có thể xem là phần ta có thể xem là mắt thƣờng). + Phần mềm: là phần chƣơng trình đƣợc lập trình viên viết và nạp vào robot nhằm điều khiển robot hoạt động độc lập (có thể xem đây là phần không thể nhìn thấy bằng mắt thƣờng). Nhận thức đƣợc tầm quan trọng của robot đối với đời sống ngày nay chúng em đã mạnh dạn chế tạo robot dò line - một dạng của robot. Robot dò line là loại robot có cấu tạo nhƣ một loại xe có thể tự động nhận dạng và chạy theo một đƣờng đi có sẵn và tự tính toán đƣờng đi để tới đích mà không cần ngƣời điều khiển nhờ chƣơng trình đƣợc nạp sẵn do ngƣời lập trình viết nên.
Robot chúng em dò theo những vạch đƣờng và ở đây là vạch đen trên nền trắng.1 Sân chạy robot Trong đó, những đƣờng thẳng đen là những vạch robot dò đƣờng đi. Còn phần sân là một màu trắng đối lập với vạch đen nhằm để robot không bị nhiễu khi dò đƣờng. Sở dĩ nhƣ vậy vì cảm biến trong robot nhận dạng và phát hiện vạch đen. Ứng dụng của robot dò đƣờng - Ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày: chúng ta có thể chế tạo máy hút bụi tự động từ một robot mini gắn một máy hút bụi nhỏ ở trên, robot sẽ tự động di chuyển trong nhà đồng thời máy hút bụi cũng hoạt động sẽ làm sạch bụi bẩn dƣới mặt sàn nhà.
8 - Ứng dụng trong công nghiệp: chế tạo một robot vận chuyển hàng hóa trên tuyến đƣờng cố định, dựa vào khả năng di chuyển theo vạch của robot ta vạch một đƣờng đi từ xƣởng sản xuất A sang xƣởng sản xuất B từ đó robot co thể chở hàng hóa đi theo đƣờng đã vật từ xƣởng sản xuất A sang xƣởng sản xuất B và ngƣợc lại. - Ứng dụng trong quân sự: chế tạo những robot dò mìn, hiện nay khoa học đã phát triển hơn nhiều robot có khả năng di chuyển dựa vào việc xử lý ảnh do robot chụp lại, từ đó robot có thể tìm đƣợc đƣờng đi và phát hiện ra mìn,vật cần tìm CHƢƠNG 3 : THIẾT KẾ VÀ TÌM HIỂU LINH KIỆN CỦA HỆ THỐNG 3. Yêu cầu đề tài Sử dụng Arduino UNO R3 thông qua bộ cảm biến dò đƣờng để xuất tín hiệu cho Module L298 điều khiển bánh xe đi đúng vạch. Gải pháp thiết kế 3.
Sơ đồ khối Để thực hiện đƣợc thiết kế và chế tạo robot dò line em đƣa ra sơ đồ thiết kế nhƣ sau: 9 Hình 3.1 Sơ đồ khối robot dò đường 3. Phân tích chức năng các khối - Khối cấp nguồn: Khối cấp nguồn 5VDC có chức năng cấp nguồn 5V cho các khối có thể hoạt động đƣợc. - Khối cảm biến: Sử dụng module cảm biến dò đƣờng để nhận tín hiệu từ bên ngoài xong chuyển tín hiệu sang khối so sánh. - Khối so sánh: Nhận tín hiệu từ khối cảm biến, so sánh và khếch đại tín hiệu để đƣa ra mức logic 0 tƣơng ứng với trạng thái có vạch và mức logic 1 tƣơng ứng với trạng thái không vạch rồi chuyển tín hiệu cho khối điều khiển trung tâm xử lý.
- Khối điều khiển trung tâm: Sử dụng Arduino Uno R3, nhận tín hiệu từ khối so sánh rồi tính toán để xác định trạng thái robot đang di chuyển và xuất ra tín hiệu xung chuyển qua khối điều khiển động cơ. - Khối điều khiển động cơ: Sử dụng module L298 để nhận tín hiệu từ khối điều khiển trung tâm rồi xử lý tín hiệu để điều hƣớng xe di chuyển đúng. - Khối cấp nguồn: Khối cấp nguồn 5VDC có chức năng cấp nguồn 5V cho các khối có thể hoạt động đƣợc. 10 - Khối cảm biến: Sử dụng module cảm biến dò đƣờng để nhận tín hiệu từ bên ngoài xong chuyển tín hiệu sang khối điều khiển trung tâm.
- Khối điều khiển trung tâm: Sử dụng Arduino Uno R3, nhận tín hiệu từ khối cảm biến rồi tính toán để xác định trạng thái robot đang di chuyển và xuất ra tín hiệu xung chuyển qua khối điều khiển động cơ. - Khối điều khiển động cơ: Sử dụng module L298 để nhận tín hiệu từ khối điều khiển trung tâm rồi xử lý tín hiệu để điều hƣớng xe di chuyển đúng. Nguyên lý hoạt động Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý Robot theo dõi đƣờng dây cảm nhận đƣờng màu đen bằng cách sử dụng cảm biến hồng ngoại TCRT5000. Tín hiệu từ cảm biến đƣợc đƣa qua mạch so sánh và khếch đại tín hiệu để đƣa ra mức logic “0” ứng với trạng thái có vạch và mức logic “1” ứng với trạng thái không có vạch và gửi tín hiệu đến arduino.
Dựa vào tín hiệu từ khối cảm biến, khối điều khiển trung tâm sẽ tính toán để xuất ra tín hiệu điều khiển các động cơ sử dụng IC L298. Lựa chọn linh kiện 3. Khối điều khiển 3. Giới thiệu chung về Arduino Arduino đã và đang đƣợc sử dụng rất rộng rãi trên thế giới, và ngày càng chứng tỏ đƣợc sức mạnh của chúng thông qua vô số ứng dụng độc đáo của ngƣời dùng trong cộng đồng nguồn mở (open- source).
Tuy nhiên tại Việt Nam Arduino vẫn còn chƣa đƣợc biết đến nhiều. 11 Arduino cơ bản là một nền tảng mẫu mở về điện tử (open-source electronic sprototyping platform) đƣợc tạo thành từ phần cứng lẫn phần mềm. Về mặt kỹ thuật có thể coi Arduino là 1 bộ điều khiển logic có thể lập trình đƣợc. Đơn giản hơn, Arduino là một thiết bị có thể tƣơng tác với ngoại cảnh thông qua các cảm biến và hành vi đƣợc lập trình sẵn.
Với thiết bị này, việc lắp ráp và điều khiển các thiết bị điện tử sẽ dễ dàng hơn bao giờ hết. Arduino đƣợc phát triển nhằm đơn giản hóa việc thiết kế, lắp ráp linh kiện điện tử cũng nhƣ lập trình trên vi xử lí và mọi ngƣời có thể tiếp cận dễ dàng hơn với thiết bị điện tử mà không cần nhiều về kiến thức điện tử và thời gian. Sau đây là nhƣng thế mạnh của Arduino so với các nền tảng vi điều khiển khác: Chạy trên đa nền tảng: Việc lập trình Arduino có thể thể thực hiện trên các hệ điều hành khác nhau nhƣ Windows, Mac Os, Linux trên Desktop, Android trên di động. Ngôn ngữ lập trình đơn giản dễ hiểu Nền tảng mở: Arduino đƣợc phát triển dựa trên nguồn mở nên phần mềm chạy trên Arduino đƣợc chia sẻ dễ dàng và tích hợp vào các nền tảng khác nhau.
Mở rộng phần cứng: Arduino đƣợc thiết kế và sử dụng theo dạng module nên việc mở rộng phần cứng cũng dễ dàng hơn. Đơn giản và nhanh: Rất dễ dàng lắp ráp, lập trình và sử dụng thiết bị. Dễ dàng chia sẻ: Mọi ngƣời dễ dàng chia sẻ mã nguồn với nhau mà không lo lắng về ngôn ngữ hay hệ điều hành mình đang sử dụng. Arduino có rất nhiều module, mỗi module đƣợc phát triển cho một ứng dụng.
Về mặt chức năng, các bo mạch Arduino đƣợc chia thành hai loại, loại bo mạch chính có chip Atmega và loại mở rộng thêm chức năng cho bo mạch chính.