MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, trên thế giới, ngành sản xuất robot vẫn không ngừng phát triển với tốc độ rất cao và ngày càng có nhiều ứng dụng vào tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội. Trong điều kiện kinh tế xã hội và khoa học kỹ thuật phát triển mạnh, những ứng dụng của công nghệ vào cuộc sống ngày càng phải thông minh hơn và khả năng tự động cao hơn góp phần ứng dụng vào đời sống xã hội. Với mục tiêu ứng dụng robot vào cuộc sống hàng ngày và xuất phát từ những yêu cầu thực tế, trọng tâm của đề tài này sẽ đi sâu nghiên cứu “Thiết kế và chế tạo robot hút bụi”.
Với mong muốn đưa hệ thống của mình vào ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày. Mục tiêu của đề tài 1. Mục tiêu tổng quát Các loại vi mạch này xử lý nhanh hơn rất nhiều so với các vi mạch trước và đặc biệt có thể ghi/xóa dữ liệu 1 cách dễ dàng. Vì thế, nó được sử dụng nhiều trong các thiết bị điện tử.
Với sự ra đời của IC dòng mới làm thúc đẩy sự phát triển của những module cảm biến như: module cảm biến hồng ngoại… Bên cạnh sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã góp phần nâng cao đời sống con người, máy móc có thể hoạt động làm giảm đi sức người, sức của. Cũng chính vì thế mà con người muốn tìm kiếm những điều mới mẻ, tiện lợi, dễ dàng sử dụng. Sự lựa chọn cấp thiết hiện giờ chính là robot hút bụi thông minh. Mục tiêu cụ thể - Tự động dọn dẹp bụi bẩn.
- Có khả năng tránh xa chạm tường và các vật thể. - Có khả năng tránh rơi bậc cầu thang. 7 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI - Hiển thị mức pin còn lại. - Hệ thống làm việc ổn định.
- Có khả năng đưa vào ứng dụng thực tế. Giới hạn và phạm vi của đề tài 1. Đối tượng nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: máy hút bụi trong thực tế, bộ xử lý trung tâm Arduino Uno; module điều khiển động cơ, cảm biến siêu âm, cảm biến hồng ngoại; Relay DC điều khiển bật/tắt động cơ,. - Khách thể nghiên cứu: Các hộ gia đình muốn sử dụng robot tự động vào cuộc sống giúp giải phóng sức lao động.
Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu: việc sử dụng các thiết bị robot thông minh trong các hộ gia đình hiện nay. - Ý nghĩa khoa học: ứng dụng khoa học kỹ thuật vào thực tiễn. Nội dung thực hiện - Khảo sát hộ gia đình. - Thiết kế mạch điện.
- Thiết kế mô hình sản phẩm. - Lập trình hoạt động của sản phẩm. - Lắp ráp và thử nghiệm. Phương pháp tiếp cận Sử dụng các phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp đọc tài liệu.
- Phương pháp phân tích mẫu. 8 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI - Phương pháp thực nghiệm. - Tiếp thu các đóng góp, góp ý từ giáo viên hướng dẫn để hoàn thiện hơn hệ thống 9 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHÚNG 2. Ngoại vi và giao diện 2.
Arduino Uno Arduino là nền tảng vi mạch mã nguồn mở phần cứng (Open-source hardware) và phần mềm (Open-source software). Phần cứng Arduino là những bộ vi điều khiển bo mạch đơn (Single-board microcontroller) được tạo ra tại thị trấn Ivrea ở Ý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác. Một khía cạnh quan trọng của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối với CPU của board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi là shield.
Vài shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua các chân khác nhau, nhưng nhiều shield được định địa chỉ thông qua serial bus I²C-nhiều shield có thể được xếp chồng và sử dụng dưới dạng song song. Arduino chính thức thường sử dụng các dòng chip megaAVR, đặc biệt là ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, và ATmega2560. Một vài các bộ vi xử lý khác cũng được sử dụng bởi các mạch Aquino tương thích. Hầu hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và một thạch anh dao động 16 MHz (hoặc bộ cộng hưởng ceramic trong một vài biến thể), mặc dù một vài thiết kế như LilyPad chạy tại 8 MHz và bỏ qua bộ điều chỉnh điện áp onboard do hạn chế về kích cỡ thiết bị.
Được giới thiệu vào năm 2005, những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động. Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình 10 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI cho mạch bằng ngôn ngữ Arduino, một ngôn ngữ riêng được phát triển dựa trên C/C++.1: Arduino Uno Arduino Uno R3 là một board mạch vi điều khiển được phát triển bởi Arduino.cc, một nền tảng điện tử mã nguồn mở chủ yếu dựa trên vi điều khiển AVR Atmega328P. Phiên bản hiện tại của Arduino Uno R3 đi kèm với giao diện USB, 6 chân đầu vào analog, 14 cổng kỹ thuật số I / O được sử dụng để kết nối với các mạch điện tử, thiết bị bên ngoài.
Trong đó có 14 cổng I / O, 6 chân đầu ra xung PWM cho phép các nhà thiết kế kiểm soát và điều khiển các thiết bị mạch điện tử ngoại vi một cách trực quan. Arduino Uno R3 được kết nối trực tiếp với máy tính thông qua USB để giao tiếp với phần mềm lập trình IDE, tương thích với Windows, MAC hoặc Linux 11 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI Systems, tuy nhiên, Windows thích hợp hơn để sử dụng. Các ngôn ngữ lập trình như C và C ++ được sử dụng trong IDE. Ngoài USB, người dùng có thể dùng nguồn điện ngoài để cấp nguồn cho bo mạch.
Các bo mạch Arduino Uno khá giống với các bo mạch khác trong các loại Arduino về mặt sử dụng và chức năng, tuy nhiên các bo mạch Uno không đi kèm với chip điều khiển FTDI USB to Serial. Có rất nhiều phiên bản bo mạch Uno, tuy nhiên, Arduino Nano V3 và Arduino Uno R3 là những phiên bản chính thức nhất đi kèm với vi điều khiển Atmega328 8 bit AVR Atmel trong đó bộ nhớ RAM là 32KB, EEPROM là 1K, tốc độ xung nhịp là 16MHzs. Khi tính chất và chức năng của nhiệm vụ trở nên phức tạp, thẻ nhớ SD Mirco có thể được kết nối thêm vào Arduino để lưu trữ được nhiều thông tin hơn.2: Sơ đồ chân Arduino Uno Bảng 2.1: Chức năng các chân ArduinoUno 12 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI Tên chân Kiểu Chức năng RX/D0 I/ O Chân vào/ra 0 TX/D1 I/ O Chân vào/ra 1 D2 I/ O Chân vào/ra 2 D3 I/ O Chân vào/ra 3 D4 I/ O Chân vào/ra 4 D5 I/ O Chân vào/ra 5 D6 I/ O Chân vào/ra 6 D7 I/ O Chân vào/ra 7 D8 I/ O Chân vào/ra 8 D9 I/ O Chân vào/ra 9 D10 I/ O Chân vào/ra 10 D11 I/ O Chân vào/ra 11 D12 I/ O Chân vào/ra 12 D13 I/ O Chân vào/ra 13 GND Nguồn Chân nối cực âm SDA/D18 I/ O Chân vào/ra 18 SCL/D19 I/ O Chân vào/ra 19 3V3 Đầu ra Chân nguồn 3.3 V 5V Nguồn Chân nguồn 5 V VIN Đầu vào Chân nguồn ngoài IOREF Nguồn Điện áp hoạt động của vi điều khiển Tên chân Kiểu Chức năng 13 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI RESET Đầu vào Chân khởi động lại Arduino A0 Đầu vào Chân đầu vào tương tự 0 A1 Đầu vào Chân đầu vào tương tự 1 A2 Đầu vào Chân đầu vào tương tự 2 A3 Đầu vào Chân đầu vào tương tự 3 A4 Đầu vào Chân đầu vào tương tự 4 A5 Đầu vào Chân đầu vào tương tự 5 Thông số kỹ thuật: - MCU: ATmega328P - Điện áp hoạt động: 5V - Điện áp khuyên dùng: 7-12V - Điện áp giới hạn: 6-20V - Số chân I/O: 14 (có 6 chân PWM) - Số chân Analog Input: 6 (A0 – A5) - Cường độ dòng điện trên mỗi chân I/O: 20 mA - Cường độ dòng điện trên mỗi chân 5V: 500mA - Cường độ dòng điện trên mỗi chân 3.3V: 50 mA - Bộ nhớ Flash: 32KB - Bộ nhớ SRAM: 2KB - Bộ nhớ EEPROM: 1KB - Tốc độ xung nhịp: 16 MHz - Đèn LED tích hợp: chân 13 - Kích thước: 68.4 mm - Trọng lượng: 25g 14 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI 2. Module cảm biến siêu âm HC-SR04 Hình 2.3: Module cảm biến siêu âm HC-SR04 Cảm biến siêu âm HC-SR04 là một dạng cảm biến module.
Cảm biến này thường chỉ là một bản mạch, hoạt động theo nguyên lý thu phát sóng siêu âm bởi 2 chiếc loa cao tần. Cảm biến siêu âm HC-SR04 thường được kết hợp với các bộ arduino, PIC, AVR… để chạy một số ứng dụng như: phát hiện vật cản trên xe robot, đo khoảng cách vật, … Chính vì là một cảm biến siêu âm dạng module, cho nên hầu như ứng dụng hay độ chính xác của cảm biến đều phụ thuộc vào phần code mà người sử dụng lập trình và nạp vào bản mạch điều khiển. Cấu tạo của cảm biến siêu âm HC-SR04 gồm 3 phần: • Bộ phận phát sóng siêu âm Cấu tạo của các đầu phát và đầu thu siêu âm là các loa gốm đặc biệt, phát siêu âm có cường độ cao ở tần số thường là 40kHz cho nhu cầu đo khoảng cách. Về nguyên lý, các loa này cần có nguồn điện áp cao mới phát tốt được (nhà sản xuất công bố = 30V).
Trên mạch công suất sử dụng IC MAX232 làm nhiệm vụ đệm. IC này sẽ lấy tín hiệu từ bộ điều khiển, khuếch đại biên độ lên mức +/- 15 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT HÚT BỤI 30V cấp nguồn cho bộ loa trên. IC này sẽ được đóng ngắt qua một transistor để hạn chế việc tiêu thụ dòng. • Bộ phận thu sóng siêu âm phản xạ Thiết bị thu là dạng loa gốm có cấu tạo chỉ nhạy với một tần số chẳng hạn như 40KHz.