Thiết kế và thi công robot dò đường sử dụng thuật toán PID
SVTH: Trần Tuấn Anh – CCVT15A002 Trang - 1 -
MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................. - 1 -
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ - 3 -
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................ - 4 -
PHẦN MỞ ĐẦU ....................................................................................................... - 5 -
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ROBOT DÒ ĐƢỜNG ............................................ - 6 -
1.1 Tổng quan về ứng dụng vi điều khiển ............................................................... - 6 -
1.2 Giới thiệu về robot dò đường ............................................................................ - 6 -
1.2.1 Giới thiệu .................................................................................................... - 6 -
1.2.2 Hoạt động .................................................................................................... - 7 -
1.3 Ứng dụng robot dò đường ................................................................................. - 9 -
CHƢƠNG II: THIẾT KẾ VÀ TÌM HIỂU LINH KIỆN CỦA HỆ THỐNG ... - 10 -
2.1 Yêu cầu đề tài ................................................................................................ - 10 -
2.2 Giải pháp thiết kế .......................................................................................... - 10 -
2.2.1 Sơ đồ khối ................................................................................................. - 10 -
2.2.2 Phân tích chức năng các khối ................................................................... - 10 -
2.2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống ........................................................... - 11 -
2.3 Lựa chọn linh kiện ........................................................................................ - 13 -
2.3.1 Khối điều khiển ......................................................................................... - 13 -
2.3.2 Module điều khiển động cơ L293D .......................................................... - 18 -
2.3.3 Module cảm biến hông ngoại TCRT5000 ................................................ - 20 -
2.3.4 Động cơ giảm tốc DC ............................................................................... - 21 -
2.3.5 LED (Light Emitting Diode) .................................................................... - 21 -
2.3.6 Nguồn Adapter 12V2A ............................................................................. - 22 -
CHƢƠNG III: PHÂN TÍCH THUẬT TOÁN PID VÀ ỨNG DỤNG TRONG
ROBOT DÒ ĐƢỜNG............................................................................................. - 23 -
3.1 Giới thiệu ....................................................................................................... - 23 -
3.2 Định nghĩa thuật toán PID .......................................................................... - 23 -
3.3 Phƣơng pháp điều chế độ rộng xung (PWM) ............................................. - 24 -
3.4 Giải thuật điều khiển vi tích phân tỉ lệ (PID) ............................................. - 25 -
3.5 Ứng dụng giải thuật trên robot dò đƣờng .................................................. - 26 -
3.5.1 Mô hình PID áp dụng cho robot dò đường ............................................... - 26 -
3.5.2 Giải thuật PID ........................................................................................... - 27 -
Thiết kế và thi công robot dò đường sử dụng thuật toán PID
SVTH: Trần Tuấn Anh – CCVT15A002 Trang - 2 -
3.5.3 Hiệu chỉnh thuật toán PID ........................................................................ - 28 -
3.6 Giới thiệu phần mềm Arduino IDE ............................................................. - 29 -
3.6.1 Giao diện ................................................................................................... - 29 -
3.6.2 Vùng lệnh .................................................................................................. - 29 -
3.6.3 Vùng thông báo (debug) ........................................................................... - 30 -
3.6.4 Một số lưu ý .............................................................................................. - 30 -
CHƢƠNG VI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT DÒ ĐƢỜNG .................... - 31 -
4.1 Thiết kế đƣờng đi cho robot ......................................................................... - 31 -
4.2 Chế tạo và hoàn thành sân đi cho robot...................................................... - 31 -
4.2.1 Tấm Formex .............................................................................................. - 31 -
4.2.2 Hệ thống đường line cho robot ................................................................. - 32 -
4.3 Hoàn thành Robot dò đƣờng ........................................................................ - 33 -
4.4 Kết quả thực nghiệm trên mô hình robot ................................................... - 33 -
PHẦN KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
Thiết kế và thi công robot dò đường sử dụng thuật toán PID
SVTH: Trần Tuấn Anh – CCVT15A002 Trang - 3 -
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2. 1 Đặc điểm kỹ thuật Arduino Uno R3 .............................................. - 15 -
Thiết kế và thi công robot dò đường sử dụng thuật toán PID
SVTH: Trần Tuấn Anh – CCVT15A002 Trang - 4 -
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Sân chạy robot ................................................................................... - 7 -
Hình 1.2 Quang trở ........................................................................................... - 8 -
Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động của quang trở .................................................. - 8 -
Hình 1.4 Cách bố trí cảm biến ......................................................................... - 8 -
Hình 2.1 Sơ đồ khối robot dò đường .............................................................. - 10 -
Hình 2.2 Mạch cảm biến LED - quang trở ..................................................... - 12 -
Hình 2.3 Mạch điều khiển motor sử dụng L298 ............................................ - 13 -
Hình 2.4 Arduino UNO R3 ............................................................................ - 15 -
Hình 2.5 Vi xử lý ATmega328 ...................................................................... - 17 -
Hình 2.6 Sơ đồ chân ATmega328 .................................................................. - 17 -
Hình 2.7 Module L293D ................................................................................ - 18 -
Hình 2.8 Chân kết nối RC522 ........................................................................ - 20 -
Hình 2.9 Động cơ DC giảm tốc ...................................................................... - 21 -
Hình 2.10 LED ............................................................................................... - 22 -
Hình 2.11 Nguồn adapter 12v2A ................................................................... - 22 -
Hình 3.1 Giản đồ thời gian của xung PWM ................................................... - 24 -
Hình 3.2 Sơ đồ khối giải thuật PID ................................................................ - 25 -
Hình 3.3 Sơ đồ khối ứng dụng giải thuật PID vào robot dò đường ............... - 27 -
Hình 3.4 Giao diện phần mềm Arduino IDE ................................................. - 29 -
Hình 3.5 Các nút lệnh trong Arduino IDE ..................................................... - 29 -
Hình 3.6 Vùng thông báo trong Arduino IDE ............................................... - 30 -
Hình 3.7 Chọn cổng kết nối cho Arduino Uno R3 ........................................ - 30 -
Hình 4.1 Mô phỏng đường đi trên phần nềm Paint 3D .................................. - 31 -
Hình 4.2 Tấm formex dùng làm tấm nền cho robot ....................................... - 32 -
Hình 4.3 Băng keo dùng làm đường line ....................................................... - 32 -
Hình 4.4 Sân đi sau khi chế tạo ...................................................................... - 33 -
Hình 4.5 Hoàn thiện robot dò đường ............................................................. - 33 -
Hình 4.6 Cảm biến hồng ngoại ...................................................................... - 34 -
Thiết kế và thi công robot dò đường sử dụng thuật toán PID
SVTH: Trần Tuấn Anh – CCVT15A002 Trang - 5 -
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
như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp
phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao.
Các bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển tuy đơn giản nhưng để vận hành
và sử dụng được 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
được những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công – nông – lâm – ngư
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 và thi công robot dò đường áp dụng thuật toán PID” để
làm đồ án tốt nghiệp.
Mặc dù đã rất cố gắng thiết kế và làm mạch nhưng 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!