đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Chương này trình bày giới thiệu tổng quan về Robot và phần cứng của hệ thống điều khiển, các chuẩn giao tiếp trong quá trình truyền – nhận dữ liệu. Chương 3: Tính Toán Thiết Kế.
Chương này trình bày về cách tính toán, sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý của các board mạnh của hệ thống. Chương 4: Thi Công Hê ̣Thố ng Chương này trình bày về sơ đồ mạch in PCB, cách lập trình, cách kết nối các module, cách kiểm tra các board mạch của toàn bộ hệ thống. Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Trình bày kết quả đạt được sau khi thực hiện mô hình, đánh giá mô hình đã đạt những gì và chưa đạt những gì so với mục tiêu đề ra. Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN Đưa ra kết luận về việc thực hiện đồ án, đồng thời đưa ra hướng phát triển để có được một đề tài hoàn thiện và đáp ứng được nhu cầu cho cuộc sống hiện đại như ngày nay. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Các thông số cơ bản trong truyền nhận UART - Baund rate (tốc độ baund): Khoảng thời gian dành cho 1 bit được truyền. Phải được cài đặt giống nhau ở gửi và nhận.
- Frame (khung truyền): Khung truyền quy định về số bit trong mỗi lần truyền. - Start bit: là bit đầu tiên được truyền trong 1 Frame. Báo hiệu cho thiết bị nhận có một gói dữ liệu sắp đc truyền đến. Bit bắt buộc.
- Data: dữ liệu cần truyền. Bit có trọng số nhỏ nhất LSB được truyền trước sau đó đến bit MSB. - Parity bit: kiểm tra dữ liệu truyền có đúng không. - Stop bit: là 1 hoặc các bit báo cho thiết bị rằng các bit đã được gửi xong.
Thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm tra khung truyền nhằm đảm bảo tính đúng đắn của dữ liệu. Bit bắt buộc. Giao tiếp I2C I2C I2C viết tắt của từ tiếng anh "Inter-Intergrated Circuit”, là một loại bus nối tiếp được phát triển bởi hãng sản xuất linh kiện điện tử Philips. Ban đầu loại bus này chỉ được dùng trong các linh kiện điện tử của Philips.
Sau đó do tính ưu việt và đơn giản của nó, I2C đã được chuẩn hóa và được dùng rộng rãi trong các module truyền thông nối tiếp của vi mạch tích hợp ngày nay.29: Sơ đồ khối I2C Đặc điểm giao tiếp I2C Một giao tiếp I2C gồm có 2 dây: Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL). SDA là đường truyền dữ liệu 2 hướng. SCL là đường truyền xung đồng hồ và chỉ theo một hướng. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 28 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT Sơ đồ kết nối như hình dưới.30: Kết nối thiết bị vào bus I2C ở chế độ chuẩn (Standard mode) và chế độ nhanh (Fast mode) Mỗi dây SDA hay SCL đều được nối với điện áp dương của nguồn cấp thông qua một điện trở kéo lên (pull‐up resistor). Sự cần thiết của các điện trở kéo này là vì chân giao tiếp I2C của các thiết bị ngoại vi thường là dạng cực máng hở (open‐drain or open‐ collector). Giá trị của các điện trở này khác nhau tùy vào từng thiết bị và chuẩn giao tiếp, thường dao động trong khoảng 1KΩ đến 4. Một thiết bị hay một IC khi kết nối với bus I2C, ngoài một địa chỉ (duy nhất) để phân biệt, nó còn được cấu hình là thiết bị chủ (master) hay tớ (slave), vì trên một bus I2C thì quyền điều khiển thuộc về thiết bị chủ (master).
Thiết bị chủ nắm vai trò tạo xung đồng hồ cho toàn hệ thống, khi giữa hai thiết bị chủ/tớ giao tiếp thì thiết bị chủ có nhiệm vụ tạo xung đồng hồ và quản lý địa chỉ của thiết bị tớ trong suốt quá trình giao tiếp. Thiết bị chủ giữ vai trò chủ động, còn thiết bị tớ giữ vai trò bị động trong viêc giao tiếp.31: Truyền nhận dữ liệu giữa chủ/tớ Về dữ liệu truyền trên bus I2C, một bus I2C chuẩn truyền 8‐bit dữ liệu có hướng trên đường truyền với tốc độ là 100Kbits/s – Chế độ chuẩn (Standard mode). Tốc độ truyền có thể lên tới 400Kbits/s – Chế độ nhanh (Fast mode) và cao nhất là 3,4Mbits/s – Chế độ cao tốc (High‐speed mode). Một bus I2C có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau: - Một chủ một tớ (one master – one slave) - Một chủ nhiều tớ (one master – multi slave) - Nhiều chủ nhiều tớ (Multi master – multi slave) Dù ở chế độ nào, một giao tiếp I2C đều dựa vào quan hệ chủ/tớ.
Giả thiết một thiết bị A muốn gửi dữ liệu đến thiết bị B, quá trình được thực hiện như sau: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 29 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Thiết bị A (Chủ) xác định đúng địa chỉ của thiết bị B (tớ), cùng với việc xác định địa chỉ, thiết bị A sẽ quyết định việc đọc hay ghi vào thiết bị tớ. - Thiết bị A gửi dữ liệu tới thiết bị B - Thiết bị A kết thúc quá trình truyền dữ liệu - Khi A muốn nhận dữ liệu từ B, quá trình diễn ra như trên, chỉ khác là A sẽ nhận dữ liệu từ B. Trong giao tiếp này, A là chủ còn B vẫn là tớ.
Công Nghệ Bluetooth Bluetooth là công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giao tiếp với nhau trong khoảng cách ngắn, bằng sóng vô tuyến qua băng tần chung ISM (Industrial, Scientific Medical) trong dãy tầng 2. Khi được kích hoạt, Bluetooth có thể tự động định vị những thiết bị khác có chung công nghệ trong vùng xung quanh và bắt đầu kết nối với chúng. Bluetooth được thiết kế để hoạt động ở mức năng lượng rất thấp. Đặc tả đưa ra 3 mức năng lượng từ 1mW tới 100 mW.
Mức năng lượng 1 (100mW): Được thiết kế cho những thiết bị có phạm vi hoạt động rộng (~100m). Mức năng lượng 2 (2.5mW): Cho những thiết bị có phạm vi hoạt động thông thường (~10m). Mức năng lượng 3 (1mW): Cho những thiết bị có phạm vi hoạt động ngắn (~10cm) Ưu Điểm - Tiêu thụ năng lượng thấp, có thể ứng dụng được trong nhiều loại thiết bị, bao gồm cả các thiết bị cầm tay và điện thoại di động. - Giá thành hạ (Sự phát triển của công nghệ làm cho giá thành thiết bị Bluetooth ngày càng giảm dần).
- Khoảng cách giao tiếp cho phép : Khoảng cách giữa hai thiết bị đầu cuối có thể lên đến 10m ngoài trời, và 5m trong tòa nhà. Khoảng cách thiết bị đầu cuối và Access point có thể lên tới 100m ngoài trời và 30m trong tòa nhà. - Bluetooth sử dụng băng tần không đăng ký 2.4Ghz trên dãy băng tần ISM. Tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới mức tối đa 1Mbps (do sử dụng tần số cao) mà các thiết bị không cần phải thấy trực tiếp nhau (light-of-sight requirements) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 30 do an CHƯƠNG 2.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Dễ dàng trong việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối một ứng dụng này với một ứng dụng khác thông qua các chuẩn “Bluetooth profiles”, do đó có thể độc lập về phần cứng cũng như hệ điều hành sử dụng. - An toàn và bảo mật: được tích hợp với sự xác nhận và mã hóa. - Tính tương thích cao, được nhiều nhà sản xuất phần cứng cũng như phần mềm hỗ trợ. - Sử dụng “frequency hopping” giúp giảm va chạm sóng tối đa.
- Có khả năng bảo mật từ 8->128bit. Nhược Điểm - Do sử dụng mô hình adhoc -> không thể thiết lập các ứng dụng thời gian thực. - Khoảng cách kết nối còn ngắn so với các công nghệ mạng không dây khác. - Số thiết bị active, pack cùng lúc trong một piconect còn hạn chế.
- Tốc độ truyền của Bluetooth không cao. - Bị nhiễu bởi một số thiết bị sử dụng sóng radio khác. - Bảo mật còn thấp. CÁC KHÂU CHÍNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT 2.
Các khâu chính trong quá trình điều khiển trên máy tính Khâu thiết kế giao diện: thiết kế giao diện vẽ trên máy tính. Khâu xử lý dữ liệu: hình vẽ sau khi vẽ ra trên giao diện được xử lý dữ liệu trên C#. Gồm có xử lý ảnh, xử lý điểm, đưa ra dữ liệu cuối cùng để truyền xuống Robot. Khâu truyền dữ liệu: sử dụng giao tiếp cổng Com của máy tính, truyền bằng sóng Bluetooth của máy tính.
Các khâu chính trong quá trình điều khiển của Robot Khâu nhận dữ liệu từ trên máy tính gửi xuống: thông qua module HC- 05 nhận dữ liệu từ máy tính gửi xuống sẽ được đưa vào mạch xử lý trung tâm để xử lý và tính toán theo chương trình đã được viết, dữ liệu này sau đó được truyền đến các driver và động cơ, màn hình LCD. Khâu xử lý tính toán: xử lý tính toán các dữ liệu từ máy tính gửi xuống để điều khiển Robot. Điều khiển: hiển thị và các cơ cấu di chuyển, nâng hạ viết của Robot. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 31 do an CHƯƠNG 3.
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 3.1 GIỚI THIỆU Mục tiêu của đồ án này là thiết kế Robot tự hành gồm: mô hình Robot, bộ điều khiển và giao diện điều khiển trên máy vi tính. Robot có chức năng nhận dữ liệu gửi xuống từ máy tính, điều khiển Robot trên giao diện tạo sẵn Visual Studio. Dữ liệu sau khi nhận được xử lý điều khiển Robot đồng Robot có thêm một cơ cấu nâng hạ viết vẽ lại hình ảnh quãng đường được vẽ trước đó trên giao diện.
Việc truyền nhận dữ liệu thông qua Module Bluetooth. Từ mục tiêu đặt ra ban đầu ta thấy Robot gồm 2 phần chính: Phần cứng (mô hình Robot và bộ điều khiển): - Thiết kế một hệ thống phần khung Robot có hai bánh truyền động chính và bánh xoay đa hướng phía trước. - Phần khung Robot phải đảm bảo yếu tố hoạt động chính xác, kết cấu chắc chắn và có đủ diện tích lắp các module, driver và mạch. - Hệ truyền động sử dụng động cơ bước để đơn giản phương pháp điều khiển.
- Thiết kế cơ cấu nâng và hạ viết vẽ sử dụng động cơ RC Servo. - Sử dụng sóng Bluetooth (Radio ngắn UHF) để truyền nhận dữ liệu.