intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Điện tử truyền thông: Thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:60

Thêm vào BST
Báo xấu
30
lượt xem 5
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài "Thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm" là thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm có nhiều ứng dụng thực tế vừa dễ dàng để sinh viên vận dụng những kiến thức tiếp thu được trên giảng đường, áp dụng vào điện tử nên đã chế tạo một xe mô hình sử dụng cảm biến siêu âm để phát hiện các vật cản và chướng ngại vật.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Điện tử truyền thông: Thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÁT HIỆN VẬT CẢN SỬ DỤNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM Ngành: ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Chuyên ngành: ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG Giảng viên hướng dẫn : LÊ TRƯỜNG GIANG Sinh viên thực hiện : BÙI QUỐC PHONG MSSV : 1311010160 Lớp : 13DDT01 TP. Hồ Chí Minh
  2. LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan: Những nội dung trong đồ án này là do em thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Lê Trường Giang và nghiên cứu trên internet, sách báo, các tài liệu trong và ngoài nước có liên quan, không sao chép hay sử dụng bài làm của bất kỳ ai khác. Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố. Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan của mình trước các thầy cô và nhà trường. Tp.HCM, Ngày Tháng Năm 2017 SINH VIÊN THỰC HIỆN Bùi Quốc Phong
  3. LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo trong Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM và các thầy cô giáo trong Viện Kỹ Thuật Hutech đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Lê Trường Giang đã giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm báo cáo. Trong thời gian làm việc với thầy, cô, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học và công tác sau này. Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên, đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đồ án. Tp.HCM, Ngày Tháng Năm 2017 SINH VIÊN THỰC HIỆN Bùi Quốc Phong
  4. LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triễn không ngừng của các ngành khoa học kỹ thuật, các ngành công nghiệp cũng phát triển nhanh chóng. Việc áp dụng các máy móc hiện đại vào sản xuất là một yêu cầu không thể thiếu trong các nhà máy nhằm tăng năng suất, tăng chất lượng và giảm giá thành sản phẩm. Song song với sự phát triển đó, công nghệ chế tạo Robot cũng phát triển nhanh chóng đặc biệt là ở các nước phát triển nhằm đáp ứng các nhu cầu về sản xuất, sinh hoạt, quốc phòng… Robot có thể thực hiện những công việc mà con người khó thực hiện và thậm chí không thực hiện được như làm những công việc đòi hỏi độ chính xác cao, làm việc trong môi trường nguy hiểm ( như lò phản ứng hạt nhân, dò phá mìn trong quân sự, phát hiện các vật cản dưới ống cống ), thám hiểm không gian vũ trụ… Để góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật, em đã chọn đề tài “thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm” điều khiển thông qua Bluetooth và giao tiếp mô phỏng trên máy tính. Từ những suy nghĩ đó em sử dụng những kiến thức còn hạn chế của mình để nghiên cứu chế tạo Robot trong phạm vi đồ án tốt nghiệp với ước muốn đóng góp vào công nghệ chế tạo Robot của nước nhà trong thời gian tới.
  5. GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm MỤC LỤC CHƯƠNG1: TỔNG QUAN ............................................................................ 6 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI .......................................................................... 6 1.2 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI ............................................................................ 9 1.3 Ý TƯỞNG THIẾT KẾ......................................................................... 9 1.4 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI ............................................................................ 9 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................... 10 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU ............................................................................. 11 2.1 Mạch Arduino Mega2560 ................................................................... 11 2.1.1 Giới Thiệu Mạch Arduino Mega2560 ............................................. 11 2.2.2 Nguyên Lý Hoạt Động ..................................................................... 16 2.2 Cảm Biến Siêu Âm SRF05 ................................................................. 14 2.2.3 Hoạt Động Và Nhận Phản Hồi Sóng Cơ Bản Của SRF05 .............. 18 2.2.1 Giới Thiệu Cảm Biến Siêu Âm SRF05 ............................................ 14 2.2.2 Nguyên Lý Hoạt Động ..................................................................... 15 2.2.3 Hoạt Động Và Nhận Phản Hồi Sóng Cơ Bản Của SRF05 .............. 17 2.2.4 Một Số Đặc Điểm Khác Của Cảm Biến Siêu Âm ........................... 18 2.2.5 Thông Số Kỹ Thuật Và Sơ Đồ Chân ............................................... 19 2.2.6 Ứng Dụng Của Cảm Biến Siêu Âm SRF05 ..................................... 20 2.3 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ L298N ......................................... 20 2.3.1 Giới Thiệu Mạch Điều Khiển Động Cơ L298N .............................. 20 2.3.2 Chức Năng Của Từng Chân Module L298N ................................... 21 2.3.3 Thông Số Kỹ Thuật .......................................................................... 21 2.4 ĐỘNG CƠ RC SERVO 9G ................................................................ 21 2.4.1 Giới Thiệu Động Cơ Servo 9g ......................................................... 21 2.4.2 Nguyên Lý Hoạt Động ..................................................................... 22 2.4.3 Thông Số Kỹ Thuật .......................................................................... 23 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG ........................................................ 24 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI TOÀN MẠCH ............................................................. 24 3.2 CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI .................................................... 24 3.3 TÍNH TOÁN VÀ GIAO TIẾP GIỮA CÁC KHỐI VỚI ARDUINO .. ................................................................................................................... 24 3.3.1 Khối Cảm Biến Siêu Âm SRF05 ..................................................... 24 3.3.1.1 Xác Định Khoảng Cách ................................................................ 24 1
  6. GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm 3.3.1.2 Sai Số Lặp Của Cảm Biến............................................................. 26 3.3.1.3 Hiện Tượng Forecasting................................................................ 26 3.3.1.4 Hiện Tượng Đọc Chéo (Crosstalk) Của Cảm Biến....................... 27 3.3.1.5 Tính Toán Thiết Kế Mạch Cảm Biến Siêu Âm Với Arduino ....... 29 3.3.2 KHỐI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ..................................................... 28 3.3.2.1 Động Cơ Servo .............................................................................. 28 3.3.2.1.1 Cấu Tạo ...................................................................................... 28 3.3.2.1.2 Servo Và Điều Biến Độ Rộng Xung .......................................... 29 3.3.2.1.3 Vai Trò Của Vôn Kế .................................................................. 30 3.3.2.1.4 Các Giới Hạn Quay .................................................................... 30 3.3.2.1.5 Tính Toán Thiết Kế Động Cơ Servo Với Arduino .................... 31 3.3.2.2 Động Cơ DC.................................................................................. 32 3.3.2.2.1 Cấu Tạo ...................................................................................... 32 3.3.2.2.2 Hoạt Động Của Động Cơ DC .................................................... 32 3.3.2.3 Mạch Điều Khiển Động Cơ L298N .............................................. 33 3.3.2.3.1 Cấu Tạo ...................................................................................... 33 3.3.2.3.2 Nguyên Lý Hoạt Động ............................................................... 34 3.3.2.3.3 Mạch Điều Khiển IC L298N...................................................... 36 3.3.2.3.4 TínhToánThiết Kế Điều Khiển Động Cơ L298N Với Arduino.. ................................................................................................................... 39 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN MỀM .......................................................... 40 4.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM LẬP TRÌNH ........................................... 40 4.1.1 Ngôn Ngữ Lập Trình Cho Arduino.................................................. 40 4.2 SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN HỆ THỐNG ................................................. 41 4.2.1 Lưu Đồ Giải Thuật ........................................................................... 41 4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG................................................................... 42 4.3.1 Lập Trình Cảm Biến Siêu Âm SRF05 ............................................. 42 4.3.2 Lập Trình Động Cơ Servo................................................................ 42 4.3.3 Lập Trình Mạch Điều Khiển Động Cơ L298N ................................ 43 4.3.4 Mô Phỏng Hệ Thống ........................................................................ 44 4.3.5 CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH CHO TOÀN MẠCH ........................... 45 CHƯƠNG 5: THI CÔNG MẠCH .................................................................. 50 5.1 THI CÔNG THIẾT KẾ MÔ HÌNH .................................................... 50 5.2 THI CÔNG CẮM DÂY MÔ HÌNH ................................................... 51 5.3 MÔ HÌNH THỰC TẾ ......................................................................... 52 2
  7. GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm CHƯƠNG 6: NHẬN XÉT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................... 53 6.1 NHẬN XÉT ........................................................................................ 53 6.2 HẠN CHẾ ........................................................................................... 53 6.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ........................................................ 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................... 55 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Những thành viên khởi xướng Arduino .......................................... 11 Hình 2.2: Board Arduino Mega2560 .............................................................. 12 Hình 2.3: Sơ đồ chân của Arduino Mega2560................................................ 14 Hình 2.4: Cảm biến siêu âm SRF05 ................................................................ 15 Hình 2.5: Cấu hình SRF05 mode 1 ................................................................. 16 Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động SRF05 ở mode 1 ........................................... 16 Hình 2.7: Nguyên lý hoạt động SRF05 ở mode 2 ........................................... 17 Hình 2.8: Nguyên lý hoạt động của SRF05 .................................................... 18 Hình 2.9: Mức độ của sóng âm hồi tiếp .......................................................... 18 Hình 2.10: Vùng phát hiện của cảm biến ........................................................ 18 Hình 2.11: Hai cảm biến hoạt động ................................................................ 19 Hình 2.12: Mạch điều khiển động cơ L298N ................................................. 20 Hình 2.13: Động cơ servo ............................................................................... 22 Hình 2.14: Thời gian xung ở mức cao quy định góc quay của RC servo ....... 23 Hình 3.1: Sơ đồ khối ....................................................................................... 24 Hình 3.2: Nguyên lý (TOF) ............................................................................ 25 Hình 3.3: Hiện tượng forecasting .................................................................... 26 Hình 3.4: Hiện tượng crosstalk ....................................................................... 27 Hình 3.5: Sơ đồ kết nối cảm biết siêu âm SRF05 và Arduino Mega2560...... 28 Hình 3.6: Điều khiển động cơ bằng cách điều chế độ rộng xung ................... 29 3
  8. GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm Hình 3.7: Sơ đồ kết nối động cơ Servo và Arduino Mega2560...................... 31 Hình 3.8: Khi có dòng điện một chiều qua động cơ quay .............................. 32 Hình 3.9: Khi đổi chiều dòng điện động cơ quay chiều ngược lại ................. 33 Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý động cơ quay theo chiều thuận .......................... 34 Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý động cơ quay theo chiều nghịch ........................ 35 Hình 3.12: Bảng trạng thái .............................................................................. 36 Hình 3.13: Sơ đồ chân và cấu tạo của IC L298N ........................................... 37 Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý sử dụng IC L298N ............................................. 38 Hình 3.15: Sơ đồ kết nối mạch L298N và Arduino Mega2560 ...................... 39 Hình 4.1: Giao diện Arduino IDE ................................................................... 40 Hình 4.2: Sơ đồ thuật toán .............................................................................. 41 Hình 4.3: Mô phỏng góc quay của servo và khoảng cách của cảm biến ........ 44 Hình 5.1: Thi công thiết kế mô hình ............................................................... 50 Hình 5.2: Cắm dây mô hình ............................................................................ 51 Hình 5.3: Mô hình thực tế ............................................................................... 52 4
  9. GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm MỤC LỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Thông số Arduino Mega2560 ............................................................ 13 Bảng 2: Thông số cảm biến siêu âm SRF05 ................................................... 19 Bảng 3: Thông số mạch điều khiển động cơ L298N ...................................... 21 Bảng 4: Thông số động cơ servo..................................................................... 23 Bảng 5: Sơ đồ kết nối chân cảm biến SRF05 và Arduino Mega2560 ............ 28 Bảng 6: Sơ đồ kết nối chân động cơ Servo và Arduino Mega2560................ 31 Bảng 7: Sơ đồ kết nối chân mạch L298N và Arduino Mega2560 .................. 39 5
  10. GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Thuật ngữ Robot xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1922 trong tác phẩm “Rossum’s Universal Robot” của Karel Capek. Trong tác phẩm nhận vật Rossum và con trai đã tạo ra chiếc máy giống con người để phục vụ cho con người. Hình dạng Robot xuất hiện đầu tiên ở Hoa Kỳ, là loại tay máy chép hình dung trong phòng thí nghiệm vật liệu phóng xạ. Vào những năm 50 của thế kỷ trước, bên cạnh các loại tay máy chép hình cơ khí, các loại tay chép hình thủy lực điện tử đã xuất hiện. Tuy nhiên, các tay máy thương mại đều có chung nhược điểm là thiếu sự di động, các tay máy này hoạt động hạn chế quanh vị trí của nó. Từ năm 1939 đến năm 1945: Trong cuộc chiến thế giới lần thứ II, những con Robot di động đầu tiên xuất hiện. Nó là kết quả của những thành tựu công nghệ trong lĩnh vực nghiên cứu mới có liên quan như khoa học máy tính và điều khiển học, hầu hết chúng là những quả bom bay, ví dụ như những quả bom chỉ nổ trong những dãy mục tiêu nhất định, sử dụng trong hệ thống hướng dẫn vad rada điều khiển. Tên lửa V1 và V2 có “phi công tự động” và hệ thống phát nổ, chúng là tiền thân của đầu đạn hạt nhân tự điều khiển hiện đại. Từ năm 1948: W. Gray Walter tạo nên Elmer và Elsie, hai con Robot trông giống con đồi mồi. Chúng được gọi là Machina Speculatrix bởi vì những con Robot này hoạt động trong môi trường như những chú chim đồi mồi. Elmer và Elsie được trang bị một bộ cảm biến sáng. Nếu chúng nhận ra một nguồn sáng, chúng sẽ di chuyển về phía nguồn sáng. Chúng có thể tránh hoặc chuyển những chướng ngại trên đường di chuyển. Những con Robot này chứng minh rằng những cử chỉ phức tạp có thể phát sinh từ một thiết kế đơn giản. Elmer và Elsie chỉ được thiết kế tương đương hai tế bào thần kinh. 6
  11. GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm Từ năm 1961 đến 1963: Trường đại học Johns Hopkins phát triển “Beast”. Beast sử dụng hệ thống định vị di chuyển xung quanh. Khi pin yếu nó sẽ tự tìm ổ cắm điện và cắm vào. Năm 1969: Mowbot là con Robot đầu tiên cắt cả bãi cỏ một cách tự động. The Stanford Cart Line Follower là một con Robot di động có thể di chuyển thông qua nhận dạng đường kẻ trắng, sử dụng một camera để nhìn. Nó bao gồm một kên truyền thanh gắn với hệ thống máy tính lớn để tạo ra những tính toán. Năm 1970: Cùng thời điểm 1969-1972, viện nghiên cứu Stanford đang xây dựng và nghiên cứu ra Shakey. Shakey có một camera, một dãy kính gắm, một bô cảm biến và một bộ truyền thanh. Shakey là con Robot đầu tiên lý giải về những chuyển động của nó. Điều này có nghĩa là Shakey có thể đưa nhiều mệnh lệnh chung và Robot này sẽ tính toán những bước cần thiết để hoàn thiện nhiệm vụ được giao. Năm 1977: Bộ phim chiến tranh giữa các vì sao phần I, A New Hope mô tả R2D2, một con Robot di dộng hoạt động độc lập C3P0, một con Robot hình người. Họ khiến công chúng biết đến những con Robot. Năm 1980: Thị hiếu của người tiêu dùng về Robot tăng, Robot được bày bán và mua về để sử dụng trong nhà, ví dụ RB5X vẫn tồn tại tới ngày nay và một loạt mẫu Robot Hero. Robot The Stanford Cart được phát triển mạnh, nó đã có thể lái tàu biển vượt qua những trở ngại và tạo lên bản đồ những nơi nó đi qua. Năm 1993-1994: Dante-I và Dante-II được phát triển bởi trường đại học Carnegie Mellon, cả hai con Robot dùng để thám hiểm núi lửa đang hoạt động. Năm 1995: Robot di động có thể lập trình Pioneer được bán sẵn ở một mức giá chấp nhận được, điều đó dẫn tới sự gia tăng rộng rãi về nghiên cứu 7
  12. GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm Robot và các trường đại học nghiên cứu về Robot. Robot di động trở thành một phần không thể thiếu trong chương trình giảng dạy của các trường đại học. Năm 1996-1997: Nasa phóng con tàu Mars Pathfinder có hai Robot Rover và Sojourner lên sao hỏa. The Rover thám hiểm bề mặt sao hỏa được điều khiển từ mặt đất. Sojourner được trang bị với một hệ thống tránh rủi ro do cao. Hệ thống này làm cho Sojouener có thể tìm thấy đường đi của nó một cách độc lập trên địa hình của sao hỏa. Năm 1999: Sony giới thiệu Aibo, một con Robot có khả năng đi lại, quan sát và tác động qua lại tới môi trường. Robot điều khiển từ xa dùng cho quân sự PackBot cũng được giới thiệu. Năm 2001: Dự án Swaim-Bots, Swaim-Bots giống những bầy côn trùng được khởi động. Chúng bao gồm một số lượng lớn các con Robot đơn lẻ, có thể tác động lẫn nhau và cùng nhau thực hiện những nhiệm vụ phức tạp. Năm 2002: Roomaba, một con Robot dùng trong gia đình thực hiện công việc lau nhà. Tiếp tục phát triển hiện nay có rất nhiều loại Robot phục vụ cho con người dần xuất hiện ngày càng thân thiện hơn. Năm 2004: Robosapien một con Robot đồ chơi, thiết kế bởi Mark Tilden được bán sẵn. Trong dự án The Centibots Project một trăm con Robot cùng làm việc với nhau để tạo lên một bản đồ cho một vùng không gian xác định và tìm những vật thể trong môi trường đó, trong cuộc thi đầu tiên DARPA Grand Challenge các con Robot tự động đã cùng nhau tranh tài cùng nhau trên sa mạc. Năm 2006: Sony dừng việc sản xuất Aibo và Helpmate. PatrolBot trở lên phổ biến khi các Robot di động vẫn tiếp tục cạnh tranh nhau để trở thành mặt hàng đọc quyền. Sở an ninh Mỹ đã bỏ dự án MDARS-I, nhưng lại gây quỹ cho dự án MDARS-E một loại Robot an ninh tự động khác. TALON-Sword, 8
  13. GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm một loại Robot tự động dùng để bán sẵn với dàn phóng lựu đạn và những sự lựa chọn về vũ khí hợp thành khác đã ra đời. Asimo của Honda biết cách chạy và leo cầu thang chỉ với hai chân như con người. Năm 2007: Hệ thống KiVa, Robot thông minh tăng nhanh về số lượng trong quy trình phân phối, những Robot thông minh này được phân loại theo mức độ phổ biến những nội dung của chúng. Robot từng trở thành phương tiện phổ biến trong các bệnh viện dùng để để vận chuyển đồ trong kho từ nơi này sang nơi khác. ARCSinside Speci-Minder mang máu và các vật mẫu từ trạm y tá tới phòng xét nghiệm. Seekur Robot dịch vụ dùng ngoài trời với mục đích phi quân sự có thể kéo một xe qua một bãi đậu xe, lái một cách độc lập tự động vào trong nhà và bắt đầu học cách lái ra ngoài. Trong khi đó, PatrolBot học theo sau co người và nếu cửa mà mở thì đóng lại. 1.2 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI “Thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm” có nhiều ứng dụng thực tế vừa dễ dàng để sinh viên vận dụng những kiến thức tiếp thu được trên giảng đường, áp dụng vào điện tử nên đã chế tạo một xe mô hình sử dụng cảm biến siêu âm để phát hiện các vật cản và chướng ngại vật. 1.3 Ý TƯỞNG THIẾT KẾ Tìm hiểu đề tài trên internet và nhờ sự hướng dẫn của thầy Lê Trường Giang nên em đã thiết kế một xe mô hình dùng cảm biến siêu âm phát hiện vật cản thông qua giao tiếp và mô phỏng trên máy tính, do khả năng và thời gian có hạn nên trong đề tài này chỉ thực hiện những thao tác đơn giản. 1.4 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Thiết kế một mô hình xe có 3 bánh, khung xe phải đảm bảo bền chắc đạt độ chính xác nhất định về việc bố trí các bánh xe và động cơ mô tơ, đồng thời kết hợp kỹ thuật xử lý mạch thu phát bluetooth HC05 thông qua giao tiếp 9
  14. GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm máy tính để khả năng định hướng của cảm biến siêu âm SRF05 phát hiện vật cản mô phỏng trên máy tính chính xác hơn. 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Dựa trên một số tài liệu và sự hướng dẫn của thầy Lê Trường Giang, đồng thời nghiên cứu tìm hiểu các phần mềm lập trình như arduino, phần mềm mô phỏng processing trên máy tính, phần mềm thiết kế mạch fritzing tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các linh kiện để đồ án được hoàn thành tốt hơn. 10
  15. GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU 2.1 Mạch Arduino Mega2560 2.1.1 Giới Thiệu Mạch Arduino Mega2560 Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY (là những người tự chế ra sản phẩm của mình) trên toàn thế giới trong vài năm gần đây, gần giống với những gì Apple đã làm được trên thị trường thiệt bị di động, số lượng người dùng cực lớn và đa dạng với trình độ trả rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học đã làm cho ngay cả những người chế tạo ra chúng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến. Hình 2.1: Những thành viên khởi xướng Arduino Arduino là gì mà có thể khiến ngay cả những sinh viên và nhà nghiên cứu tại các trường đại học danh tiếng như MIT, Stanford, Camegie Mellon phải sử dụng, hoặc ngay cả Google cũng muốn hỗ trợ khi cho ra đời bộ kit Arduino Mege ADK dùng để phát triển các ứng dụng Android tương tác với cảm biến và các thiết bị khác. 11
  16. GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình. Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm. Chỉ với khoảng $30, người dùng đã có thể sở hữu một board Arduino có 20 ngõ I/O có thể tương tác và điều khiển chừng ấy thiết bị. Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea thuộc nước Ý và được đặt theo tên một vị vua vào thế kỷ thứ 9 là King Arduin. Arduino chính thức được đưa ra giới thiệu vào năm 2005 như là một công cụ khiêm tốn dành cho các sinh viên của giáo sư Massimo Banzi, là một trong những người phát triễn Arduino, tại trường Interaction Design Instistute Ivrea (IDII). Mặc dù hầu như không được tiếp thị gì cả, tin tức về Arduino vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ những lời truyền miệng tốt đẹp của những người dùng đầu tiên. Hiện nay Arduino nổi tiếng tới nỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ để tham gia nơi đã sản sinh ra Arduino. Hình 2.2: Board Arduino Mega2560 12
  17. GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm Arduino Mega2560 là một bo mạch thiết kế với bộ xử lý trung tâm là vi điều khiển AVR Atmega2560. Cấu tạo chính của Arduino Mega2560 bao gồm các phần sau: - Cổng USB: đây là loại cổng giao tiếp để ta upload code từ PC lên vi điều khiển. Đồng thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và máy tính. - Jack nguồn: để chạy Arduino thì có thể lấy nguồn từ cổng USB ở trên, nhưng không phải lúc nào cũng có thể cắm với máy tính được. Lúc đó ta cần một nguồn từ 9V-12V. - Có 54 chân vào/ra số đánh số thứ tự từ 0 đến 13, ngoài ra có một chân nối đất (GND) và một chân điện áp tham chiếu (AREF). - Vi điều khiển AVR: đây là bộ xử lý trung tâm của toàn bo mạch. Với mỗi mẫu Arduino khác nhau thì con chip là khác nhau. Ở con Arduino Mega2560 này thì sử dụng ATMega2560. - Các thông số chi tiết của Arduino Mega2560: Vi xử lý 5V Điện áp hoạt động 7-12V Điện áp đầu vào 6-20V Chân vào/ra (I/O) số 54 (15 chân là đầu ra PWM) Chân vào tương tự 16 Dòng điện trong mỗi chân I/O 40mA Dòng điện chân nguồn 3.3V 50mA Bộ nhớ trong 256KB SRAM 8KB EEPROM 4KB Xung nhịp 16MHz Bảng 1: Thông số Arduino Mega2560 13
  18. GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm Các Mega2560 có 16 chân vào tương tự, mỗi ngõ vào tương tự đều có độ phân giải 10 bit (tức là 1024 giá trị khác nhau). Theo mặc định đo từ 0 đến 15V, mặc dù là nó có thể thay đổi phần trên của phạm vi bằng cách sử dụng chân Aref và analogReference chức năng. Các Atmega 2560 có 256KB bộ nhớ flash để lưu trữ mã (trong đó có 8KB SRAM và 4KB EEPROM). Hình 2.3: Sơ đồ chân của Arduino Mega2560 2.2 CẢM BIẾN SIÊU ÂM SRF05 2.2.1 Giới Thiệu Cảm Biến Siêu Âm SRF05 Sóng siêu âm được truyền đi trong không khí với vận tốc khoảng 343m/s, nếu một cảm biến phát ra sóng siêu âm và thu về các sóng phản xạ đồng thời, đo được khoảng thời gian từ lúc phát đi tới lúc thu về, thì máy tính có thể xác định được quãng đường mà sóng đã di chuyển trong không gian. 14
  19. GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm Quãng đường di chuyển của sóng sẽ bằng hai lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật, theo hướng phát của sóng siêu âm. Hình 2.4: Cảm biến siêu âm SRF05 2.2.2 Nguyên Lý Hoạt Động SRF05 là bước phát triển từ SRF04, được thiết kế để làm tính năng tăng ngoại vi, ngoài ra còn giảm chi phí. SRF05 là hoàn toàn tương thích với SRF04, khoảng cách tăng từ 3m đến 4m. Một chế độ hoạt động mới SRF05 cho phép sử dụng một chân duy nhất cho cả kích hoạt và phản hồi, do đó sẽ tiết kiệm có giá trị trên chân điều khiển. Khi chân chế độ không kết nối, SRF05 hoạt động riêng biệt chân kích hoạt và chân hồi tiếp. SRF05 bao gồm một thời gian trễ trước khi xung phản hồi để mang lại điều khiển chậm hơn. Cảm biến SRF05 thiết lập 2 mode hoạt động khác nhau thông qua các chân điều khiển MODE. Nối hoặc không nối chân MODE xuống MASS cho phép cảm biến thông qua giao tiếp dùng một chân hay hai chân I/O. - Mode 1: tách chân trigger và echo dùng riêng: Trong mode này SRF05 sử dụng cả hai chân trigger và echo cho việc giao tiếp với CPU. Để sử dụng mode này ta chỉ cần để chống chân Mode của module, điện trở bên trong module sẽ kéo chân pin lên mức 1 15
  20. GVHD: LÊ TRƯỜNG GIANG SVTH: BÙI QUỐC PHONG Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống phát hiện vật cản sử dụng cảm biến siêu âm Hình 2.5: Cấu hình SRF05 mode 1 Để điều khiển SRF05, ta chỉ cần cấp cho chân trigger một xung điều khiển với độ rộng tối thiểu 10uS. Sau đó một khoảng thời gian, đầu phát sóng siêu âm sẽ phát ra sóng siêu âm, vi xử lý tích hợp trên module sẽ xác định thời điểm phát sóng siêu âm và thu sóng siêu âm. Vi xử lý tích hợp này sẽ đưa kết quả thu được ra chân echo. Độ rộng xung vuông tại chân echo tỉ lệ với khoảng cách từ cảm biến đến vật thể. Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động SRF05 ở mode 1 -Mode 2: chân trigger và echo dùng chung: Được thiết kế nhằm cho mục đích tiết kiệm chân pin cho MCU nên trong mode này, SRF05 chỉ sử dụng chân pin cho hai chức năng trigger và 16
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.26: Bộ 320 Luận Văn Thạc Sĩ Y Học
320 tài liệu
1245 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2