- 1 -
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!
- 2 -
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ROBOT DÒ ĐƢỜNG
1.1 Tổng quan về ứng dụng vi điều khiển
1.2 Giới thiệu về robot dò đƣờng
1.2.1
Giới thiệu
Ngày nay, khoa học kĩ thuật càng ngày càng phát triển, không chỉ phát triển ở một nhóm nước ở
châu âu như trước đây mà lan rộng ra toàn cầu. Một trong những bước tiến của khoa học đáng kể đến
là sự xuất hiện và ra đời của robot - những bộ máy thông minh.
Robot thực ra đó là những máy móc được con người chế tạo từ nhiều vật liệu khác nhau, nhưng
chủ yếu là những vật liệu dẫn điện. Gọi là những máy móc thông minh vì robot có thể làm những công
việc thay thế con người từ những công việc đơn giản nhất cho đến những công việc phức tạp.
Có thể hiểu cấu trúc robot như sau:
Robot gồm có hai phần:
+ Phần cứng: là phần cấu tạo nên cấu trúc hoạt động của robot (có thể xem là phần ta có thể
thấy bằng mắt thường).
+ Phần mềm: là phần chương trình được lập trình viên viết và nạp vào robot nhằm điều khiển
robot hoạt động độc lập (có thể xem đây là phần không thể nhìn thấy bằng mắt thường).
Nhận thức được tầm quan trọng của robot đối với đời sống ngày nay chúng em đã mạnh dạn chế
tạo robot dò đường - một dạng của robot.
Robot dò đường là loại robot có cấu tạo như một loại xe có thể tự động nhận dạng và chạy theo
một đường đi có sẵn và tự tính toán đường đi để tới đích mà không cần người điều khiển nhờ chương
trình được nạp sẵn do người lập trình viết nên. Robot chúng em dò theo những vạch đường và ở đây
là vạch đen trên nền trắng.
Hình 1.1 Sân chạy robot
- 3 -
Trong đó, những đường thẳng đen là những vạch robot dò đường đi. Còn phần sân là một màu
trắng đối lập với vạch đen nhằm để robot không bị nhiễu khi dò đường. Sở dĩ như vậy vì cảm biến
trong robot nhận dạng và phát hiện vạch đen.
1.2.2
Hoạt động
Sản phẩm là một chiếc xe tự động có chức năng tự di chuyển đến điểm mong muốn trên sân. Với
các chế độ 1,2.. chiếc xe có thể thực hiện được đa dạng trong việc di chuyển và có nhiều hướng phát
triển thêm sau này.
Hình 1.2 Quang trở
Khi có ánh sáng thì điện trở của quang trở sẽ giảm và ngược lại, điện trở của nó thay đổi cỡ từ
5k (khi có ánh sáng) đến 100k (không có ánh sáng), ta sử dụng 2 led phát làm nguồn sáng cho nó. Khi
gặp vạch trắng, ánh sáng sẽ phản xạ lên quang trở làm điện trở nó giảm xuống và khi gặp nền đen thì
ánh sáng sẽ khó phản xạ nên quang trở nhận ít ánh sáng nên trở nó tăng. Từ đó dựa vào 8 quang trở,
robot có thể phân biệt được vạch trắng (dưới sự hỗ trợ của opamp so sánh).
Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động của quang trở
Qua opam so sánh tín hiệu nhận được được gửi về mạch xử lý trung tâm, ở đây Arduino Uno R3 xử
lý tính hiệu và đưa ra các điều khiển tùy vào người lập trình.
Hình 1.4 Cách bố trí cảm biến
Dựa vào nững nhận biết vạch của cảm biến mà từ đó xe có thể rẽ trái, rẽ phải.
1 2 3 4 5 6 7 8
- 4 -
Để rẽ trái: cảm biến 5,6 có tính hiệu hoặc cảm biến 5,6,7 có tính hiệu. Khi rẻ trái động cơ trái
chạy chậm lại động cơ phải chạy nhanh hơn. Khi rẻ trái ở ngã tư động cơ phải quay
thuận,động cơ trái quay ngược.
Để rẽ phải: cảm biến 3,4 có tính hiệu hoặc cảm biến 2,3,4 có tính hiệu. Khi rẻ phải động cơ
phải chạy chậm, động cơ trái chạy nhanh hơn. Khi rẻ phải ở ngã tư động cơ trái quay thuận,
động cơ phải quay ngược.
Để chạy thẳng: hai cảm biến 4,5 có tính hiệu. Hai động cơ trái phải chạy cùng tốc độ.
Nhận biết số ngã tư 1 hoặc 8 cảm biến đồng thời có tính hiệu.
1.3 Ứng dụng robot dò đƣờng
- Ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày: chúng ta có thể chế tạo máy hút bụi tự động từ một
robot mini gắn một máy hút bụi nhỏ ở trên, robot sẽ tự động di chuyển trong nhà đồng thời máy hút
bụi cũng hoạt động sẽ làm sạch bụi bẩn dưới mặt sàn nhà.
- Ứng dụng trong công nghiệp: chế tạo một robot vận chuyển hàng hóa trên tuyến đường cố
định, dựa vào khả năng di chuyển theo vạch của robot ta vạch một đường đi từ xưởng sản xuất A sang
xưởng sản xuất B từ đó robot co thể chở hàng hóa đi theo đường đã vật từ xưởng sản xuất A sang
xưởng sản xuất B và ngược lại.
- Ứng dụng trong quân sự: chế tạo những robot dò mìn, hiện nay khoa học đã phát triển hơn
nhiều robot có khả năng di chuyển dựa vào việc xử lý ảnh do robot chụp lại, từ đó robot có thể tìm
được đường đi và phát hiện ra mìn,vật cần tìm…
- 5 -
CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ TÌM HIỂU LINH KIỆN CỦA HỆ THỐNG
2.1 Yêu cầu đề tài
2.2 Giải pháp thiết kế
2.2.1
Sơ đồ khối
Để thực hiện được thiết kế và chế tạo robot dò đường sử dụng thuật toán PID em đưa ra sơ đồ
thiết kế như sau:
Hình 2.1 Sơ đồ khối robot dò đường
2.2.2 Phân tích chức năng các khối
- Khối cấp nguồn: Khối cấp nguồn 5VDC có chức năng cấp nguồn 5V cho các khối có thể hoạt
động được.
Khối cấp nguồn 12VDC có chức năng cấp nguồn 12V cho khối điều khiển động cơ có thể hoạt động
được.
- Khối cảm biến: Sử dụng module cảm biến dò đường để nhận tín hiệu từ bên ngoài xong chuyển
tín hiệu sang khối so sánh.
- Khối so sánh: Nhận tín hiệu từ khối cảm biến, so sánh và khếch đại tín hiệu để đưa ra mức logic
0 tương ứng với trạng thái có vạch và mức logic 1 tương ứng với trạng thái không vạch rồi
chuyển tín hiệu cho khối điều khiển trung tâm xử lý.
- Khối điều khiển trung tâm: Sử dụng Arduino Uno R3, nhận tín hiệu từ khối so sánh rồi tính toán
để xác định trạng thái robot đang di chuyển và xuất ra tín hiệu xung chuyển qua khối điều