HƯỚNG DẪN TÌM HIỂU CHƯƠNG TRÌNH TDC MCR

Chia sẻ: Trương Đăng Khoa | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:70

Thêm vào BST

Báo xấu

185
lượt xem 43
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Xe TDC MCR bao gồm board cảm biến dò đường, board xử lý cảm biến, board MCU PIC16F887, board công suất 2 DC Motor L298 kết hợp với nhau để điều khiển sự di chuyển của xe, tức là điều khiển hệ thống động cơ trái, phải và động cơ rc servo.Board cảm biến dò đường gồm 8 đầu dò sensor, mỗi đầu dò có nguyên lý như hình 1-4. Nguồn cấp VCC=5V lấy từ board xử lý cảm biến, led phát là led siêu sáng phát ánh sáng trắng, phần thu dùng quang trở , qua cầu phân áp...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: HƯỚNG DẪN TÌM HIỂU CHƯƠNG TRÌNH TDC MCR

2012 HƯỚNG DẪN TÌM HIỂU CHƯƠNG TRÌNH TDC MCR Tran Hong Van Microsoft 10/1/2012
MỤC LỤC CHƢƠNG 1: ĐẶT TẢ CÁC MODULE CỦA XE TDC MCR 1.1 Giao diện kết nối ..................................................................................................... 1 1.2 Board cảm biến dò đƣờng: .................................................................................... 2 1.3 Board xử lý sensor: ................................................................................................ 3 1.4 Board công suất 2 DC Motor L298:........................................................................ 4 1.5 Boar vi điều khiển PIC16F887: ............................................................................... 6 CHƢƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN MODULE CỦA XE TDC MCR 2.1 Khối LED .................................................................................................................. 9 2.2 Khối Loa Beep ....................................................................................................... 10 2.3 Khối DipSwitch ...................................................................................................... 11 2.4 Khối nút nhấn. ....................................................................................................... 12 2.5 Khối RC Servo ....................................................................................................... 13 2.6 Khối động cơ DC ................................................................................................... 14 2.7 Khối Xử lý sensor.................................................................................................. 16 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 3.1 Cấu trúc chƣơng trình .......................................................................................... 17 3.2 Giải thuật xử lý khi qua các đoạn đƣờng thẳng và cong. ................................. 19 3.3 Giải thuật qua đoạn đƣờng 9000 .......................................................................... 22 3.4 Giải thuật chuyển làn bên phải ............................................................................ 23 3.5 Các lỗi có thể xảy ra trên đƣờng đua .................................................................. 25 CHƢƠNG 4: CÀI ĐẶT CÔNG CỤ LẬP TRÌNH 4.1 Cài đặt phần mềm MPLAB .................................................................................... 33 4.2 Mở dự án mẫu ....................................................................................................... 40 CHƢƠNG 5: CHƢƠNG TRÌNH MẪU MCR 5.1 Mã chƣơng trình.................................................................................................... 42 5.2 Giải thích một số đoạn code trong chƣơng trình ............................................... 53 CHƢƠNG 6: NẠP CHƢƠNG TRÌNH VÀ SỬ DỤNG XE TDC MCR
MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1 - 1: Vị trí các mạch điện trên xe TDC MCR .......................................................... 1 Hình 1 - 2: Sơ đồ khối kết nối các mạch trên TDC MCR ................................................. 1 Hình 1 - 3: Hình dáng board dò đường.............................................................................. 2 Hình 1 - 4: Nguyên lý 1 đầu dò cảm biến ........................................................................ 2 Hình 1 - 5: Nguyên lý phản xạ ánh sáng ......................................................................... 2 Hình 1 - 6 : Hình dáng board xử lý dò đường .................................................................. 3 Hình 1 - 7: Nguyên lý 1 kênh xử lý cảm biến ................................................................... 3 Hình 1 - 8: Hình dáng board công suất 2 DC Motor L298 ............................................... 4 Hình 1 - 9: Nguyên lý board công suất 2 DC Motor L298 ................................................ 5 Hình 1 - 10: Bảng trạng thái tín hiệu điều khiển 1 kênh DC Motor .................................. 5 Hình 1 - 11: Hình dáng board vi điều khiển ..................................................................... 6 Hình 1 - 12: Sơ đồ nguyên lý board vi điều khiển PIC16F887 cho xe MCR. ................... 7 Hình 2- 1: Nguyên lý Led................................................................................................. 9 Hình 2- 2: Các loại led thông dụng .................................................................................. 9 Hình 2- 3: 2 Led trên board ............................................................................................. 9 Hình 2- 4: Sơ đồ nguyên lý khối Led ............................................................................. 10 Hình 2- 5: Buzzer thực tế trên board ............................................................................. 10 Hình 2- 6: Sơ đồ nguyên lý điều khiển Buzzer .............................................................. 10 Hình 2- 7: Dipswitch thực tế .......................................................................................... 11 Hình 2- 8: Sơ đồ nguyên lý dipswitch 4 ......................................................................... 11 Hình 2- 9: Dipswitch 4 trên board .................................................................................. 11 Hình 2- 10: Sơ đồ nguyên lý khối nút nhấn ................................................................... 12 Hình 2- 11: Nút nhấn thực tế trên board ........................................................................ 12 Hình 2- 12: Tín hiệu rung nhiễu khi nhấn nút ................................................................ 13 Hình 2- 13: RC Servo .................................................................................................... 14 Hình 2- 14: Tín hiệu PWM điều khiển RC Servo ........................................................... 14 Hình 2- 15: Động cơ DC ................................................................................................ 15
Hình 2- 16: Điều khiển chiều quay động cơ điện một chiều .......................................... 15 Hình 2- 17: PWM điều khiển tốc độ động cơ ................................................................. 16 Hình 2- 18: Khối sensor................................................................................................. 16 Hình 3- 1: Sơ đồ giải thuật ............................................................................................ 17 Hình 3- 2: Sensor bắt được nửa line bên trái ................................................................ 17 Hình 3- 3: Chạy qua đoạn chuyển làn trái ..................................................................... 18 Hình 3- 4: Sensor bắt được nửa line bên phải .............................................................. 18 Hình 3- 5: Chạy qua đoạn chuyển làn trái ..................................................................... 18 Hình 3- 6: Sensor bắt được nguyên line ........................................................................ 19 Hình 3- 7: Chạy xong đoạn đường cua 900 ................................................................... 19 Hình 3- 8: Sensor báo hiệu vị trí giữa line .................................................................... 21 Hình 3- 9: Sensor báo hiệu lệch nhỏ về phía bên trái so với vị trí trung tâm ................. 21 Hình 3- 10: Sensor báo hiệu lệch về phía bên trái so với vị trí trung tâm ...................... 22 Hình 3- 11: Các bước qua đoạn đường 900 .................................................................. 22 Hình 3- 12: Các bước qua vị trí line cắt ngang .............................................................. 23 Hình 3- 13: Các bước chuyển làn bên phải ................................................................... 24 Hình 3- 14: Các bước qua vị trí nửa line cắt ngang ....................................................... 24 Hình 3- 15: Vị trí queo trái – xe vượt qua đường đua .................................................... 25 Hình 3- 16: Vị trí xác định line cắt ngan, xe bị lệch ...................................................... 26 Hình 3- 17: Sensor bắt nữa line bên phải ...................................................................... 26 Hình 3- 18: Xe không quẹo một cách chính xác ............................................................ 26 Hình 3- 19: Các trạng thái sensor khi quẹo ................................................................... 27 Hình 3- 20: Vị trí chuyển làn xe tiếp tục đi về phía trước ............................................... 28 Hình 3- 21: Các trạng thái sensor trước khi chuyển làn ................................................ 28 Hình 3- 22: Chạy theo line biên của đường đua ............................................................ 29 Hình 3- 23: Trạng thái quẹo bám line trung tâm và line biên ......................................... 29 Hình 3- 24: Trạng thái sensor thay đổi chính xác .......................................................... 30 Hình 3- 25: Trạng thái sensor thay đổi không chính xác ............................................... 30
Hình 3- 26: Thay đổi trạng thái 0x83, 0x81, 0xC1 ......................................................... 30 Hình 3- 27: Các trạng thái chuyển line biên về line trung tâm ....................................... 31 Hình 3- 28: Xe chuyển làn sau đó vượt khỏi đường đua ............................................... 31 Hình 3- 29: Trạng thái chuyển làn đúng và không đúng ................................................ 32 Hình 4. 1: Click file setup .................................................................................................. 33 Hình 4. 2: Nạp chương trình cài đặt ................................................................................... 33 Hình 4. 3: Đồng ý tiếp tục cài đặt phần mềm ...................................................................... 34 Hình 4. 4: Chấp nhận các điều khoản khi sử dụng phần mềm.............................................. 34 Hình 4. 5: Lựa chọn cách cài đặt ....................................................................................... 34 Hình 4. 6: Lựa chọn thư mục chứa phần mềm ................................................................... 35 Hình 4. 7: Chấp nhận cài đặt ứng dụng Maestro ................................................................. 35 Hình 4. 8: Chấp nhận cài đặt ứng dụng MPLAB C32........................................................... 35 Hình 4. 9: Xem lại các lựa chọn cài đặt .............................................................................. 36 Hình 4. 10: Tiến trình cài đặt ............................................................................................. 36 Hình 4. 11: Cài đặt HI – TECH C? ..................................................................................... 36 Hình 4. 12: Tiếp tục cài đặt phần mềm hỗ trợ HI – TECH C ................................................. 37 Hình 4. 13: Chấp nhận cài đặt HI – TECH C....................................................................... 37 Hình 4. 14: Lựa chọn thư mục cài đặt HI – TECH C ............................................................ 38 Hình 4. 15: Chọn ngôn ngữ sử dụng trong HI – TECH C ..................................................... 38 Hình 4. 16: Quá trình cài đặt HI – TECH C ......................................................................... 38 Hình 4. 17: Hoàn thành quá trình cài đặt HI-TECH C .......................................................... 39 Hình 4. 18: Hoàn thành quá trình cài đặt MPLAB ................................................................ 39 Hình 4. 19: Các hướng dẫn MPLAB IDE ............................................................................ 39 Hình 4. 20: Mở dự án mẫu................................................................................................ 40 Hình 4. 21: Code của dự án mẫu ...................................................................................... 40 Hình 4. 22: Biên dịch dự án mẫu ....................................................................................... 41 Hình 5. 1: Lưu đồ giải thuật do line .......................................................................................... 58 Hình 6. 1: Nối nguồn cho xe .......................................................................................... 59
Hình 6. 2: Mở nguồn cho xe .......................................................................................... 59 Hình 6. 3: Báo pin yếu ................................................................................................... 60 Hình 6. 4: Sạc pin .......................................................................................................... 60 Hình 6. 5: Nối một đầu USB vào máy tính..................................................................... 61 Hình 6. 6: Nối 1 đầu USB vào mạch nạp....................................................................... 61 Hình 6. 7: Nối mạch nạp với board vi điều khiển pic16f887 .......................................... 61 Hình 6. 8: Mạch nạp kết nối thành công ........................................................................ 62 Hình 6. 9: Mạch nạp kết nối không thành công ............................................................. 62 Hình 6. 10: Biên dịch thành công .................................................................................. 63 Hình 6. 11: Nạp dữ liệu xuống vi điều khiển .................................................................. 63
CHƢƠNG 1: ĐẶT TẢ CÁC MODULE CỦA XE TDC MCR 1.1. Giao diện kết nối Mạch dò đường DC Motor Bus RC Servo Mạch xử lý sensor Mạch VĐK PIC 16F887 Hình 1 - 1: Vị trí các mạch điện trên xe TDC MCR Xe TDC MCR bao gồm board cảm biến dò đường, board xử lý cảm biến, board MCU PIC16F887, board công suất 2 DC Motor L298 kết hợp với nhau để điều khiển sự di chuyển của xe, tức là điều khiển hệ thống động cơ trái, phải và động cơ rc servo. Mạch dò Led Buttons Động Động đường Buzzer DIPSW4 cơ trái cơ phải RC Mạch xử VĐK PIC 16F887 Mạch công suất Servo lý sensor Hình 1 - 2: Sơ đồ khối kết nối các mạch trên TDC MCR 1
1.2. Board cảm biến dò đƣờng: a. Hình dáng: Hình 1 - 3: Hình dáng board dò đường b. Sơ đồ nguyên lý 1 đầu dò cảm biến: Hình 1 - 4: Nguyên lý 1 đầu dò cảm biến c. Nguyên lý hoạt động: Board cảm biến dò đường gồm 8 đầu dò sensor, mỗi đầu dò có nguyên lý như hình 1- 4. Nguồn cấp VCC=5V lấy từ board xử lý cảm biến, led phát là led siêu sáng phát ánh sáng trắng, phần thu dùng quang trở , qua cầu phân áp R19 và PR1 tín hiệu ra là áp thay đổi tùy thuộc vào lượng ánh sáng phản xạ về (theo hình 1-5). Tín hiệu ra IN1 được đưa đến mạch xử lý cảm biến. Hình 1 - 5: Nguyên lý phản xạ ánh sáng 2
1.3. Board xử lý sensor: a. Hình dáng: Hình 1 - 6 : Hình dáng board xử lý dò đường b. Sơ đồ nguyên lý 1 kênh xử lý sensor: Hình 1 - 7: Nguyên lý 1 kênh xử lý cảm biến c. Nguyên lý hoạt động: Tín hiệu IN1 từ đầu dò sensor được đưa đến ngõ vào (-) để so sánh với với ngõ vào (+) của opam LM324. Tại ngỏ vào (+) luôn có 1 điện áp V+ được thay đổi bởi biến trở 100K. Nếu sensor được đưa đến nền màu trắng thì lượng ánh sáng phản xạ về nhiều, điện trở quang trở sẽ nhỏ làm điện áp IN1 cũng nhỏ theo. Ta có điện áp IN1 cũng chính 3
là điện áp V-, V-
Hình 1 - 9: Nguyên lý board công suất 2 DC Motor L298 c. Nguyên lý hoạt động: Board công suất 2 DC motor gồm các khối:  Khối ổn áp nguồn: gồm nguồn 5V cấp cho các mạch logic, 6V cấp cho RC Servo Motor.  Khối mạch logic : gồm các cổng NOT và NAND kết hợp nhau nhằm tạo ra các ngõ vào gồm tín hiệu PWM ( tốc độ), DIR (đảo chiều quay) và các ngõ ra IN1, IN2 tương thích với logic điều khiển của L298 . Bảng trạng thái tín hiệu điều khiển 1 kênh DC Motor như hình sau: Hình 1 - 10: Bảng trạng thái tín hiệu điều khiển 1 kênh DC Motor Trong bảng trên ta thấy: để Motor có thể quay thuận, quay ngược và thay đổi tốc độ ta cần 2 kênh điều chế xung PWM, điều này lại hạn chế đối với vi điều khiển hỗ trợ ít kênh PWM. Để giải quyết điều này thì khối logic đã đảm nhiệm, với ngõ vào PWM và DIR ta dễ dàng điều khiển DC Motor, lúc này ta chỉ cần một kênh PWM để thay đổi tốc độ và 1 chân tín hiệu số để đảo chiều quay. 5
1.5. Boar vi điều khiển PIC16F887: a. Hình dáng: Hình 1 - 11: Hình dáng board vi điều khiển b. Sơ đồ nguyên lý: Khối nguồn vào Khối báo yếu nguồn: 6
Khối vi điều khiển: Các kết nối: Các chức năng phụ: Hình 1 - 12: Sơ đồ nguyên lý board vi điều khiển PIC16F887 cho xe MCR. 7
c. Nguyên lý hoạt động:  Khối nguồn: nguồn vào từ pin Lipo 11.1V, có led báo nguồn, zenner 12V hạn quá áp. Ổn áp 5V dùng LM2576, dòng 3A, nguồn này sử dụng cấp cho board vi điều khiển và board cảm biến.  Khối báo yếu pin: việc sử dụng pin Lipo cấp cho xe có nhiều ưu điểm nổi trội: dung lượng cao 1500mA ( thời gian sử dụng xe lâu hơn), khối lượng nhẹ; nhưng nó cũng có những hạn chế nhất định: giá thành cao, nếu sử dụng không đúng qui cách ( sử dụng dưới áp giới hạn của pin) thì tuổi thọ của pin sẽ giảm đáng kể, thậm chí sẽ bị hỏng. Do đó, mạch báo yếu pin trong quá trình sử dụng xe là hết sức cần thiết. Ngưỡng điện áp so sánh yếu pin đã được chỉnh trước là 10VDC, nếu điện áp pin dưới ngưỡng này thì đèn đỏ sẽ sáng lên và pin phải cần đem đi sạc.  Khối vi điều khiển: MCU sử dụng là PIC 16F887, dao động xung clock 20Mhz.  Các cổng kết nối: ICSP dùng cho nạp chíp, SENSOR dùng cho kết nối với board xử lý sensor, DC MOTOR dùng kết nối board công suất.  Các chức năng phụ: BUTA, BUTB, BUTC sử dụng cho các chức năng như START, MODE….; còi BUZZER dùng cho gỡ rối chương trình; LEDA, LEDB là các user led dùng chung với DIPSW4 để hiển thị các trạng thái test xe; DIPSW4 sử dụng mục đích test các chức năng trên xe. 8
CHƢƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN MODULE CỦA XE TDC MCR 2.1. Khối LED a. Hình nguyên lý của LED: Hình 2- 1: Nguyên lý Led b. Các loại Led thông dụng Hình 2- 2: Các loại led thông dụng c. Led thực tế trên board Hình 2- 3: 2 Led trên board d. Điều khiển Led Led (diốt phát quang) thường dùng trên các mạch điện tử để hiển thị thông tin, với 2 trạng thái tắt/sáng. Led thường được mắc nối tiếp với một điện trở (có giá trị khoảng từ 100Ω đến 2kΩ) để hạn dòng (tránh làm hỏng led), thành một đoaạn mạch AB nối tiếp. 9
Khi đó để làm led sáng, ta đặt điện thế +5V vào đầu A và điện áp 0V vào đầu B còn lại. Xem hình 2-4 Hình 2- 4: Sơ đồ nguyên lý khối Led Để điều khiển led bằng VĐK ta cũng áp dụng tương tự. Đầu A ta nối vào 1 chân vi điều khiển (LEDA nối vào chân RC5, LEDB nối vào chân RD7), đầu B ta nối GND (0V). Khi RC5 = 1 (5V) thì LEDA sáng, và khi RC5 = 0 (0V) LEDA tắt (tương tự LEDB). 2.2. Khối Loa Beep a. Hình thực tế trên board Hình 2- 5: Buzzer thực tế trên board b. Sơ đồ nguyên lý khối loa beep Hình 2- 6: Sơ đồ nguyên lý điều khiển Buzzer 10
Khối Loa beep tắt/mở bằng một khóa điện tử và được điều khiển bởi chân RD6 của VĐK. Khi RD6 = 1 (+5V): OFF, loa không phát ra tiếng kêu; khi RD6 = 0 (0V): ON, loa phát ra tiếng kêu. 2.3. Khối DipSwitch a. Hình dipswitch thực tế Hình 2- 7: Dipswitch thực tế b. Sơ đồ nguyên lý dipswitch Hình 2- 8: Sơ đồ nguyên lý dipswitch 4 c. Dipswitch 4 thực tế trên board Hình 2- 9: Dipswitch 4 trên board d. Điều khiển dipswitch Dipsw gồm nhiều công tắc hoạt động độc lập nhưng được gắn chung với nhau thành một thanh. Có nhiều loại Dipsw, khác biệt lớn nhất giữa chúng là số lượng công tắc. Trong mạch VĐK dùng Dipsw-4, tức là Dipsw có 4 công tắc. Về nguyên lý thì rất đơn giản, khi gạt một công tắc lên ON thì hai chân tương ứng với hai phía công tắc đó sẽ nối với nhau. 11
 SW0 nối với chân RB1 của VĐK  SW1 nối với chân RB2 của VĐK  SW2 nối với chân RB4 của VĐK  SW3 nối với chân RB5 của VĐK Khi các SW ở vị trí OFF các chân RB1, RB2, RB4, RB5 = 1(+5V), các SW tương ứng ở vị trí ON thì các chân tương ứng của VĐK = 0(0V). SW0 ở vị trí ON thì RB1 = 0(0V). 2.4. Khối nút nhấn. Mỗi nút nhấn có hai chân, nguyên lý hoạt động rất đơn giản, khi không nhấn nút (OFF) thì hai chân của nút không nối nhau, và ngược lại khi nhấn nút (ON), hai chân của nút sẽ nối nhau. a. Sơ đồ nguyên lý khối nút nhấn Hình 2- 10: Sơ đồ nguyên lý khối nút nhấn b. Hình thực tế khối nút nhấn trên board Hình 2- 11: Nút nhấn thực tế trên board Trên mạch VĐK có 3 nút nhấn được kết nối theo sơ đồ, BUTA nối với chân RB3, BUTB nối với chân RB6, BUTC nối với chân RB7 của VĐK. Đồng thời chân của các nút nhấn cũng được nối với chân INT (chân tạo sự kiện ngắt) của VĐK (chân này dùng để báo 12
cho VĐK biết có nút nhấn vừa mới nhấn, tạm dừng các chương trình đang chạy để xem rằng nút nào được nhấn từ đó xử lý. Sau quá trình xử lý chương trình tiếp tục chạy tại vị trí bị dừng trước đó). Khi không nhấn (OFF) các chân nối với nút nhấn của VĐK sẽ nhận được mức 1 (+5V), và khi nút nhấn được nhấn (ON) ta nhận được mức 0 (0V). c. Điều khiển khối nút nhấn  Chống rung phím nhấn Vấn đề rung, nhiễu khi nhấn nút. Hình 2- 12: Tín hiệu rung nhiễu khi nhấn nút Khi không nhấn nút tín thời gian mức cao, khi nhấn nút tín hiệu xuống mức thấp. Trong Khoảng hiệu ở khoảng thời gian tín hiệu chuyển từ mức cao xuống mức thấp sẽ xảy ra tình trạng rung, rung, nhiễu- Tín nhiễu làm cho tín hiệu không rõ ràng ràng. Mặc dù khoảng thời gian rung, nhiễu là rất nhỏ, hiệu không rõ chưa tới 1ms (phụ thuộc vào cách nhấn nút và chất lượng nút nhấn), nhưng với tốc độ xử lý rất cao của VĐK thì đây là một vấn đề cần phải giải quyết.  Giải pháp chống rung Có hai giải pháp thường được đưa ra để lựa chọn là giải pháp phần cứng (thực hiện trong giai đoạn thiết kế mạch), và giải pháp phần mềm (lúc lập trình). Ở đây hướng dẫn các bạn một giải thuật chống rung nút nhấn bằng phần mềm 2.5. Khối RC Servo RC Servo là hệ thống gồm động cơ DC, hộp số, và vi mạch điều khiển. Tùy theo tín hiệu điều khiển mà nó nhận được, RC Servo sẽ quay trục đến một góc xác định trong khoảng từ 00 đến 1800. 13
a. Hình thực tế RC servor Đen GND Đỏ +6V Trắng PWM Hình 2- 13: RC Servo b. Điều khiển RC Servo Điều khiển RC Servo chính là điều khiển tín hiệu vào dây PWM để RC Servo quay theo góc mà mình mong muốn. Tín hiệu PWM cho RC Servo có chu kỳ 16ms, độ rộng xung từ 0,7ms đến 2.3ms, mô tả theo hình bên dưới: Hình 2- 14: Tín hiệu PWM điều khiển RC Servo 2.6. Khối động cơ DC Động cơ điện một chiều (hay động cơ DC) là một động cơ hoạt động với dòng điện một chiều 14