Thiết Kế Robot Tránh Vật Cản: Đồ Án 2 Ngành CNKT Điều Khiển & Tự Động Hóa

Khám phá đồ án 2 ngành công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóa với thiết kế và thi công robot tránh vật cản hiệu quả và sáng tạo.

• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển & Tự Động Hóa
• Đề tài: Thiết Kế Robot Tránh Vật Cản
• Loại tài liệu: Đồ Án

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục đích đề tài
• 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Mục tiêu thiết kế
• 1.6. Tìm hiểu các mô hình từ các cuộc thi
• 1.7. Giới thiệu Arduino Uno R3
• 1.8. Lời mở đầu
• 1.9. Các thông số của Arduino Uno R3
• 1.10. Các chân đầu vào và đầu ra
• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU ARDUINO UNO R3
• 2.1. Lời mở đầu
• 2.2. Mạch Arduino Uno R3
• 2.3. Sơ đồ cấu trúc Arduino Uno R3
• 2.4. Các thông số của Arduino Uno R3
• 2.5. Cấp nguồn
• 2.6. Chân cấp nguồn Arduino Uno R3
• 2.7. Bộ nhớ Vi điều khiển ATmega328
• 2.8. Các chân đầu vào và đầu ra
• 2.9. Giới thiệu Chip điều khiển ATmega328P
• 2.10. Các thông số kỹ thuật cơ bản của vi điều khiển ATmega328P
• 2.11. Giới thiệu Mạch cầu H
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Khám phá đồ án robot tránh vật cản ngành tự động hóa

Đồ án thiết kế robot tránh vật cản là một đề tài nền tảng và cốt lõi trong ngành CNKT Điều Khiển & Tự Động Hóa. Đề tài này không chỉ là một bài tập kỹ thuật mà còn là sự tổng hòa của nhiều lĩnh vực như cơ khí, điện tử, và lập trình. Mục tiêu chính là xây dựng một robot tự hành có khả năng di chuyển, nhận diện và né tránh các chướng ngại vật một cách tự động, mô phỏng các ứng dụng thực tiễn trong công nghiệp và đời sống. Sự phát triển của các hệ thống tự động hóa đòi hỏi nguồn nhân lực có khả năng tích hợp và vận hành các hệ thống phức tạp. Do đó, việc thực hiện một đồ án như xe tự hành tránh vật cản giúp sinh viên áp dụng kiến thức lý thuyết vào giải quyết một bài toán cụ thể. Quá trình này bao gồm từ khâu lên ý tưởng, lựa chọn linh kiện, thiết kế cơ khí, lắp ráp mạch điện, cho đến phát triển thuật toán tránh vật cản. Đề tài này đặt ra yêu cầu cao về sự ổn định của hệ thống, độ chính xác của cảm biến và hiệu quả của thuật toán điều khiển. Các mô hình robot từ những cuộc thi quốc tế như Japan Robotrace Contest hay Chibots tại Mỹ là nguồn tham khảo quý giá, cho thấy sự đa dạng trong phương pháp tiếp cận và thiết kế, từ kết cấu cơ khí đến số lượng và loại cảm biến được sử dụng.

1.1. Tầm quan trọng của robot tự hành trong công nghiệp 4.0

Trong bối cảnh công nghiệp 4.0, robot tự hành đóng vai trò then chốt trong việc tự động hóa các dây chuyền sản xuất, kho vận thông minh và nhiều lĩnh vực dịch vụ khác. Khả năng tự di chuyển và thực hiện nhiệm vụ mà không cần sự can thiệp liên tục của con người giúp tăng năng suất, giảm thiểu sai sót và tối ưu hóa chi phí vận hành. Các xe tự hành tránh vật cản là một ứng dụng cơ bản nhưng thiết yếu, làm nền tảng cho các hệ thống phức tạp hơn như xe tự lái, robot giao hàng hay drone giám sát. Việc nghiên cứu và phát triển các mô hình này giúp tạo ra những giải pháp an toàn và hiệu quả cho môi trường công nghiệp hiện đại.

1.2. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đồ án robot

Mục tiêu cốt lõi của đồ án là thiết kế và thi công thành công một mô hình robot 2 bánh (hoặc 3 bánh) có khả năng di chuyển theo một đường line định trước và tự động tránh vật cản xuất hiện trên đường đi. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng vi điều khiển Arduino Uno R3 làm bộ não trung tâm, kết hợp các cảm biến hồng ngoại để dò line và cảm biến siêu âm HC-SR04 để phát hiện vật cản. Nghiên cứu cũng bao gồm việc thiết kế phần cơ khí vững chắc, tính toán lựa chọn động cơ phù hợp và xây dựng thuật toán điều khiển logic hiệu quả. Đề tài không đi sâu vào các vấn đề xử lý ảnh phức tạp hay trí tuệ nhân tạo, mà tập trung vào giải pháp điều khiển kinh điển và đáng tin cậy.

II. Hướng dẫn lựa chọn linh kiện cho xe tự hành tránh vật cản

Việc lựa chọn linh kiện phần cứng là bước quyết định đến sự thành công của một đồ án robot tránh vật cản. Một hệ thống hoàn chỉnh bao gồm bốn khối chính: khối nguồn, khối cảm biến, khối điều khiển, và khối chấp hành (động cơ). Khối điều khiển được xem là trung tâm, và Arduino Uno R3 là lựa chọn phổ biến nhờ cộng đồng hỗ trợ lớn và môi trường lập trình thân thiện. Board mạch này dựa trên chip vi điều khiển ATmega328P, cung cấp đủ các chân I/O digital và analog để giao tiếp với các module khác. Đối với khối cảm biến, cảm biến hồng ngoại TCRT5000 thường được dùng để dò line, trong khi cảm biến siêu âm HC-SR04 là lựa chọn tối ưu để đo khoảng cách và phát hiện vật cản. Khối chấp hành bao gồm động cơ DC giảm tốc và mạch cầu H L298N. Động cơ DC cung cấp lực kéo cần thiết, và module L298N cho phép điều khiển cả chiều quay và tốc độ của hai động cơ một cách độc lập, tạo ra khả năng di chuyển linh hoạt. Cuối cùng, khối pin và nguồn cấp phải đảm bảo cung cấp đủ năng lượng ổn định cho cả board mạch và động cơ hoạt động hết công suất.

2.1. Phân tích vi điều khiển Arduino Uno R3 và chip ATmega328P

Arduino Uno R3 là một board mạch nguồn mở dựa trên chip ATmega328P, hoạt động ở điện áp 5V với tần số thạch anh 16 MHz. Nó cung cấp 14 chân digital I/O (6 chân có thể dùng cho PWM) và 6 chân analog input, đáp ứng đầy đủ nhu cầu kết nối cảm biến và cơ cấu chấp hành cho robot. Chip ATmega328P có 32KB bộ nhớ Flash để lưu chương trình, 2KB SRAM cho các biến và 1KB EEPROM để lưu dữ liệu không bị mất khi ngắt điện. Theo tài liệu, các thông số này hoàn toàn đủ cho một báo cáo đồ án môn học về robot dò line và tránh vật cản.

2.2. Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại và siêu âm

Cảm biến hồng ngoại (IR) hoạt động dựa trên nguyên lý thu-phát ánh sáng hồng ngoại. Mắt phát sẽ phát ra tia hồng ngoại, nếu gặp bề mặt sáng (line trắng), tia sáng sẽ phản xạ lại và được mắt thu nhận. Ngược lại, bề mặt tối (nền đen) sẽ hấp thụ tia sáng. Sự chênh lệch tín hiệu này giúp robot xác định vị trí tương đối so với đường line. Trong khi đó, cảm biến siêu âm HC-SR04 hoạt động bằng cách phát ra một xung siêu âm và đo thời gian xung đó phản xạ lại từ vật cản. Dựa vào thời gian và vận tốc âm thanh, vi điều khiển có thể tính toán chính xác khoảng cách đến vật cản, từ đó ra quyết định né tránh.

2.3. Vai trò của động cơ DC giảm tốc và mạch cầu H L298N

Động cơ DC giảm tốc được lựa chọn vì chúng cung cấp moment xoắn lớn ở tốc độ thấp, phù hợp để di chuyển robot một cách ổn định. Để điều khiển chúng, mạch cầu H L298N là một thành phần không thể thiếu. Mạch này cho phép đảo chiều dòng điện cấp vào động cơ, từ đó điều khiển chiều quay (tiến/lùi). Bằng cách sử dụng tín hiệu điều chế độ rộng xung (PWM) từ Arduino Uno R3 đưa vào chân ENA/ENB của L298N, tốc độ của động cơ cũng có thể được điều chỉnh một cách linh hoạt. Đây là cơ chế cốt lõi để thực hiện các thao tác rẽ trái, rẽ phải hoặc dừng robot.

III. Bí quyết lập trình robot Lưu đồ và thuật toán tránh vật cản

Phần mềm là linh hồn của robot tránh vật cản, quyết định cách robot phản ứng với môi trường. Quá trình phát triển phần mềm bắt đầu bằng việc xây dựng một lưu đồ giải thuật rõ ràng. Lưu đồ này mô tả tuần tự các bước hoạt động của robot: khởi tạo hệ thống, đọc dữ liệu từ cảm biến, xử lý tín hiệu, và cuối cùng là ra quyết định điều khiển động cơ. Bước đầu tiên là đọc giá trị từ các cảm biến dò line. Dựa trên tổ hợp trạng thái của các cảm biến (ví dụ: 00100 cho trạng thái đi thẳng, 00011 cho trạng thái rẽ phải), thuật toán tránh vật cản sẽ điều chỉnh tốc độ của hai bánh xe để giữ robot đi đúng trên line. Song song với đó, robot liên tục kiểm tra dữ liệu từ cảm biến siêu âm. Nếu khoảng cách đến vật cản nhỏ hơn một ngưỡng an toàn định trước (ví dụ 15cm), chương trình sẽ ưu tiên thực hiện logic né tránh: dừng lại, lùi một đoạn ngắn, quay sang một hướng (trái hoặc phải) để tìm đường đi mới, sau đó tiếp tục dò line. Toàn bộ logic này được triển khai bằng ngôn ngữ lập trình C/C++ trên môi trường Arduino IDE.

3.1. Xây dựng sơ đồ khối hệ thống và lưu đồ giải thuật chi tiết

Sơ đồ khối hệ thống là bản thiết kế tổng quan, thể hiện mối liên kết giữa các thành phần chính: Khối cảm biến (Input), Khối điều khiển trung tâm (Processing), và Khối điều khiển động cơ (Output). Từ sơ đồ này, lưu đồ giải thuật được chi tiết hóa. Lưu đồ bắt đầu với khối Start, tiếp theo là khối Initialization (khai báo chân, biến). Vòng lặp chính (loop) sẽ chứa các khối quyết định (if-else) dựa trên giá trị đọc từ cảm biến. Ví dụ, một nhánh rẽ sẽ kiểm tra distance < stop_distance, nếu đúng thì thực hiện chuỗi hành động Stop, Reverse, Turn, nếu sai thì tiếp tục thực hiện logic dò line. Lưu đồ này là kim chỉ nam cho việc viết code, đảm bảo chương trình chạy đúng logic và dễ dàng gỡ lỗi.

3.2. Triển khai code với ngôn ngữ C C trên Arduino IDE

Arduino IDE cung cấp một môi trường phát triển tích hợp (IDE) đơn giản để viết, biên dịch và nạp code cho board Arduino. Code được viết bằng ngôn ngữ lập trình C/C++ nhưng được đơn giản hóa với các hàm dựng sẵn như pinMode(), digitalRead(), analogWrite(). Chương trình chính gồm hai hàm setup() và loop(). Hàm setup() chạy một lần duy nhất khi khởi động để cấu hình các chân I/O. Hàm loop() lặp lại liên tục, chứa logic chính của robot như đọc cảm biến và điều khiển động cơ. Việc sử dụng các thư viện có sẵn giúp đơn giản hóa các tác vụ phức tạp, chẳng hạn như giao tiếp với các loại cảm biến đặc biệt. Mô phỏng Proteus cũng có thể được sử dụng để kiểm tra logic thuật toán trước khi triển khai trên phần cứng thật.

IV. Phân tích kết quả thi công mô hình robot tránh vật cản

Sau quá trình thiết kế và thi công, mô hình robot tránh vật cản đã hoàn thành và đi vào thử nghiệm. Kết quả thực tiễn cho thấy robot có khả năng hoạt động đúng như mục tiêu đề ra. Robot di chuyển ổn định trên đường line, bám theo các đoạn thẳng và khúc cua một cách chính xác. Khi gặp vật cản, hệ thống cảm biến siêu âm hoạt động hiệu quả, cho phép robot dừng lại ở khoảng cách an toàn và thực hiện thành công thuật toán né tránh. Thiết kế cơ khí với khung xe robot 3 bánh (hoặc 2 bánh chủ động và 1 bánh tự lựa) đảm bảo độ cứng vững, ít rung lắc khi di chuyển. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, một số hạn chế đã được ghi nhận. Cảm biến hồng ngoại đôi khi bị nhiễu bởi ánh sáng mạnh từ môi trường bên ngoài, gây ra sai lệch trong việc dò line. Ngoài ra, tốc độ phản ứng của robot khi vào cua gắt hoặc khi vật cản xuất hiện đột ngột vẫn còn độ trễ nhất định. Những vấn đề này cho thấy sự khác biệt giữa lý thuyết và thực tiễn, đòi hỏi các biện pháp hiệu chỉnh và tối ưu hóa hệ thống để cải thiện hiệu suất.

4.1. Đánh giá ưu điểm và nhược điểm của mô hình thực tế

Ưu điểm lớn nhất của mô hình là tính linh hoạt và chi phí thấp, sử dụng các linh kiện phổ biến như Arduino Uno R3 và mạch cầu H L298N. Thuật toán đơn giản nhưng hiệu quả, dễ dàng triển khai và tùy biến. Robot đã chứng minh được khả năng tự động hóa một tác vụ cơ bản. Tuy nhiên, nhược điểm là sự phụ thuộc vào điều kiện môi trường lý tưởng. Robot hoạt động tốt nhất trên bề mặt phẳng, có độ tương phản cao giữa line và nền. Nó cũng nhạy cảm với nhiễu điện từ và ánh sáng, và khả năng xử lý các tình huống phức tạp (ngã ba, giao cắt) còn hạn chế.

4.2. Các biện pháp khắc phục và tối ưu hóa hệ thống robot

Để khắc phục hạn chế, có thể áp dụng một số biện pháp. Về phần cứng, cần che chắn cho cụm cảm biến hồng ngoại để giảm nhiễu sáng. Nâng cấp lên các loại cảm biến chất lượng cao hơn hoặc bổ sung bộ lọc tín hiệu trong phần mềm cũng là một giải pháp. Về phần mềm, thuật toán tránh vật cản có thể được cải tiến bằng cách sử dụng logic mờ (fuzzy logic) hoặc bộ điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative) để robot di chuyển mượt mà hơn và phản ứng nhanh hơn tại các khúc cua. Tối ưu hóa code để giảm thời gian thực thi của vòng lặp cũng góp phần tăng khả năng phản hồi của robot.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Lời mở đầu Arduino Uno là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển Microchip ATmega328 được phát triển bởi Arduino. Bảng mạch được trang bị các bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch mở rộng khác nhau. Mạch Arduino Uno thích hợp cho những bạn mới tiếp cận và đam mê về điện tử, lập trình…Dựa trên nền tảng mở do Arduino.cc cung cấp các bạn dễ dàng xây dựng cho mình một dự án nhanh nhất ( lập trình Robot, xe tự hành, điều khiển bật tắt led…). 1 Mạch Arduino Uno R3 Khi arduino chưa ra đời, để làm được một dự án điện tử nhỏ liên quan đến lập trình, biên dịch, chúng ta cần đến sự hỗ trợ của các thiết bị biên dịch khác để hỗ trợ.

Ví dụ như, dùng Vi điều khiển PIC hoặc IC vi điều khiển họ 8051., chúng ta phải thiết kế chân nạp onboard, hoặc mua các thiết bị hỗ trợ nạp và biên dịch như mạch nạp 8051, mạch nạp PIC. Hiện nay Arduino được biết đến ở Việt Nam rất rộng rãi. Từ học sinh trung học, đến sinh viên và người đi làm. Những dự án nhỏ và lớn được thực hiện một cách rất nhanh, các mã nguồn mở được chia sẻ nhiều trên diễn dàn trong nước và nước ngoài.

Giúp ích rất nhiều cho những bạn theo đam mê nghiên cứu chế tạo những sản phẩm có ích cho xã hội. 6 Trong những năm qua, Arduino là bộ não cho hàng ngàn dự án điện tử lớn nhỏ, từ những sản phẩm ra đời ứng dụng đơn giản trong cuộc sống đến những dự án khoa học phức tạp. 2 Sơ đồ cấu trúc Arduino Uno R3 Cứ như vậy, thư viện mã nguồn mở ngày một tăng lên, giúp ích cho rất nhiều người mới biết đến Arduino cũng như những chuyên viên lập trình nhúng và chuyên gia cùng tham khảo và xây dựng tiếp nối.… Bạn muốn thiết kế điều khiển thiết bị thông qua cảm biến ánh sáng, Đo nồng độ hóa chất, khí ga và xử lý thông qua cảm biến nồng độ và cảm biến khí, Bạn muốn làm 1 con robot mini, Bạn muốn quản lý tắt mở thiết bị điện trong nhà, bạn muốn điều khiển motor, nhận dạng ID, Khó hơn xíu là bạn muốn làm một máy CNC hoặc máy in 3D mini, máy bay không người lái ( Flycam) một hệ thống thu thập dữ liệu thông qua GSM, xử lý ảnh,điều khiển vạn vật thông qua internet giao tiếp với điện thoại thông minh. Để làm được điều đó, từ đơn giản đến phức tạp bạn cần sử dụng ngôn ngữ lập trình Arduino dựa trên sơ đồ, hệ thống của bạn thiết kế, thông qua phần mềm Arduino IDE, để thực hiện những yêu cầu đó đưa về bộ phận xử lý trung tâm ( Arduino) 7 2.

Các thông số của Arduino Uno R3: Bảng 2. 1 Thông số kỹ thuật của Arduino R3 Chip điều khiển ATmega328P Điện áp hoạt động 5V Điện áp đầu vào (khuyên dùng) 7-12V Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V Số chân Digital 14 (trong đó 6 chân cung cấp đầu ra PWM) Số chân PWM Digital 6 Số chân Analog 6 Dòng điện DC trên mỗi chân I/O 20 mA Dòng điện DC trên chân 3.3V 50 mA 32 KB (ATmega328P) of which 0.5 KB used by Flash Memory bootloader SRAM 2 KB (ATmega328P) EEPROM 1 KB (ATmega328P) Tốc độ thạch anh 16 MHz LED_BUILTIN 13 Chiều dài 68.6 mm Chiều rộng 53.4 mm Cân nặng 25 g 2. Cấp nguồn  LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13. Khi chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW).

 VIN: Chân này dùng để cấp nguồn ngoài (điện áp cấp từ 7-12VDC).  GND: Là chân mang điện cực âm trên board. 8  IOREF: Điệp áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO và có thể đọc điện áp trên chân IOREF. Chân IOREF không dùng để làm chân cấp nguồn.

3 Chân cấp nguồn Arduino Uno R3 2. Bộ nhớ Vi điều khiển ATmega328: • 32 KB bộ nhớ Plash: trong đó bootloader chiếm 0. • 2 KB cho SRAM: (Static Random Access Menory): giá trị các biến khai báo sẽ được lưu ở đây. Khai báo càng nhiều biến thì càng tốn nhiều bộ nhớ RAM.

Khi mất nguồn dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất. • 1 KB cho EEPROM: (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): Là nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây và không bị mất dữ liệu khi mất nguồn. Các chân đầu vào và đầu ra Trên Board Arduino Uno có 14 chân Digital được sử dụng để làm chân đầu vào và đầu ra và chúng sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite(), digitalRead(). Giá trị điện áp trên mỗi chân là 5V, dòng trên mỗi chân là 20mA và bên trong có điện trở kéo lên là 20-50 ohm.

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O không vượt quá 40mA để tránh trường hợp gây hỏng board mạch. 9 Ngoài ra, một số chân Digital có chức năng đặt biệt: • Digital: Các chân I/O digital (chân số 2 – 13 ) được sử dụng làm chân nhập, xuất tín hiệu số thông qua các hàm chính : pinMode(), digitalWrite(), digitalRead(). Điện áp hoạt động là 5V, dòng điện qua các chân này ở chế độ bình thường là 20mA, cấp dòng quá 40mA sẽ phá hỏng vi điều khiển. • Analog :Uno có 6 chân Input analog (A0 – A5), độ phân giải mỗi chân là 10 bit (0 – 1023 ).

Các chân này dùng để đọc tín hiệu điện áp 0 – 5V (mặc định) tương ứng với 1024 giá trị, sử dụng hàm analogRead(). • Ngắt ngoài: Chân 2 và 3. • PWM: 3, 5, 6, 9, 10 và 11 Cung cấp đầu ra xung PWM với độ phân giải 8 bit bằng hàm analogWrite (). Các chân này hỗ trợ giao tiếp SPI bằng thư viện SPI.

• LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13. Khi chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW). • TWI/I2C: A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác. 4 Sơ đồ các chân đầu vào và đầu ra 2.6 Giới thiệu Chip điều khiển ATmega328P: ATmega328P là một trong những vi điều khiển công nghệ AVR hiệu suất cao với số lượng chân cắm và tính năng lớn.

10 Được thiết kế bằng công nghệ CMOS 8-bit và CPU RSIC giúp nâng cao hiệu suất và tối ưu mức sử dụng năng lượng nhờ có chế độ ngủ tự động và cảm biến nhiệt độ bên trong. ATmega328P có mạch bảo vệ bên trong và có nhiều cách lập trình giúp các kỹ sư sử dụng linh hoạt ở các tính huống khác nhau. IC hỗ trợ nhiều giao thức giao tiếp hiện đại cho các module khác và chính bộ vi điều khiển, đó là lý do tại sao ATmega328P được sử dụng phổ biến. ATmega328P là một trong những vi điều khiển nổi tiếng của Atmel vì nó được sử dụng trong bo mạch arduino UNO.

Mạch bên trong của ATmega328P được thiết kế với tính năng tiêu thụ dòng điện thấp. Con chip này chứa 32 kilobyte bộ nhớ flash trong, 1 kilobyte EEPROM và 2 kilobyte SRAM. EEPROM và bộ nhớ flash là bộ nhớ lưu thông tin và thông tin đó vẫn thoát ra mỗi khi nguồn điện bị ngắt nhưng SRAM là bộ nhớ chỉ lưu thông tin cho đến khi có điện và khi ngắt nguồn điện tất cả thông tin được lưu trong SRAM sẽ bị xóa. 5 Sơ đồ Chip điều khiển ATmega328P chân dán Một số ứng dụng của vi điều khiển ATmega328P như: • Sử dụng để lập trình cho các mục đích trong cuộc sống.

• Sử dụng để lập trình cho các thiết bị ngoại vi. • Sử dụng trong công nghiệp, mô phỏng cách mạch cảnh báo, nhận tín hiệu. • Ứng dụng nhiều trong công nghệ sản xuất, tự động hóa. 2 Các thông số kỹ thuật cơ bản của vi điều khiển ATmega328P Bộ nhớ chương trình 32 kB Bus dữ liệu 8 bit Độ phân giải ADC 10 bit.

Tần số 20 MHz Số lượng I/O 23 I/O RAM 2 kB Điện áp hoạt động 1.5V Nhiệt độ hoạt động -40 đến 85 độ C Loại RAM dữ liệu SRAM Số kênh ADC 8 kênh Dữ liệu ROM 1 kB ROM EEPROM Loại giao diện I2C, SPI, USART Dòng megaAVR Loại chân chân dán 12 2. Giới thiệu Mạch cầu H Mạch cầu H là một mạch đơn giản dùng để điều khiển động cơ DC quay thuận hoặc quay nghịch. Trong thực tế, có nhiều kiểu mạch cầu H khác nhau tùy vào cách chúng ta lựa chọn linh kiện có dòng điện, áp điều khiển lớn hay nhỏ, tần số xung PWM… Và chúng sẽ quyết định đến khả năng điều khiển của cầu H. 6 Mô 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). 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.

8 Động cơ quay chiều thuận Ngược lại, khi ta đóng S2 và S3, động cơ quay nghịch. 7 Động cơ quay chiều nghịch Như vậy, mạch cầu H dùng để đảo chiều quay động cơ. Lưu ý, bạn không bao giờ được phép đóng cùng lúc S1 và S2 hoặc S3 và S4 hoặc thậm chí là đóng cùng lúc 4 công tắc. Nếu bạn làm như vậy, bạn đã tạo ra một đường dẫn trực tiếp từ Vcc xuống GND và gây ra hiện tượng ngắn mạch.

Acquy của bạn sẽ bị hỏng và nghiêm trọng hơn có thể cháy nổ mạch. Vậy nếu ta đóng cùng lúc S1 và S3 hoặc S2 và S4 thì chuyện gì sẽ xảy ra? Với trường hợp này, cả 2 đầu A, B của động cơ cùng nối với một mức điện áp, sẽ không có dòng điện nào chạy qua, mạch cầu H không hoạt động. Đây có thể coi là một cách “thắng” động cơ (nhưng không phải lúc nào cũng có tác dụng). Nói chung, chúng ta nên 14 tránh trường hợp này xảy ra, nếu muốn mạch cầu không hoạt động thì nên mở tất cả các khóa thay vì dùng trường hợp này.

Sau khi đã cơ bản nắm được nguyên lý hoạt động của mạch cầu H, phần tiếp theo chúng ta sẽ khảo sát cách thiết kế mạch này bằng các loại linh kiện cụ thể.