Đề tài : Xe tự hành

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THễNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚNVI XỬ Lí Đề tài: XE TỰ HÀNH Giảng viờn hướng dẫn: Vừ Duy Thành Sinh viờn thực hiện : Lớp : Hà Nội, 11-2011 BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MễN VI XỬ Lí TấN ĐỀ TÀI:XE TỰ ĐỘNG NHểM SỐ: 2 ĐÁNH GIÁ VỀ ĐỀ TÀI Cỏc tiờu chớ Điểm Hệ số Điểm Lời núi đầu 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 1 Mụ tả đề tài và sơ đồ khối 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 2 Chỉ tiờu hoàn thành của sản phẩm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 2 Mụ tả chi tiết hệ thống 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 4 Túm tắt và kết luận 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 1 Tài liệu tham khảo 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 1 Phụ lục A: Đúng gúp của từng thành viờn 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 2 Phụ lục B: Danh sỏch phần mềm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 2 Cỏch thức trỡnh bày 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X3 Tổng Nhận xột: MỤC LỤC Lời núi đầu 4 1.0 Giới thiệu về đề tài và sơ đồ khối 5 Lý do chọn đề tài Giới thiệu về đề tài Sơ đồ khối 5 6 7 2.0 Chỉ tiờu hoàn thành của sản phẩm 7 3.0 Mụ tả chi tiết hệ thống 8 3.1 Khối nguồn 3.2 Khối VDK 3.3 Khối cảm biến 3.4 Khối động cơ 8 9 12 13 Kết luận 16 Tài liệu tham khảo 16 Phụ lục A 18 Phụ lục B 19 LỜI NểI ĐẦU Cụng nghệ rôbốt đã len lỏi vào từng ngóc ngách, vào từng phần nhỏ nhất của cuộc sống của chúng ta. Rô bốt, cho dù chỉ sinh ra phục vụ những nhu cầu thường ngày của cuộc sống, như rô bốt hút bụi Roomba ở trên, hay để thực hiện những công việc lớn hơn như công việc lắp ráp ở các nhà máy chế tạo ôtô, máy bay, như thám hiểm vũ trụ… cho dù chúng có hình dạng như những chiếc xe tự hành Opportunity đang thăm dò Sao Hoả hay gần giống hình dạng người như ASIMO, vừa đến Việt Nam, thì cũng đã không còn quá xa lạ như trước nữa. Rô bốt đã và đang càng ngày càng gần với con người hơn. Nhưng có lẽ ít ai trong chúng ta lại quan tâm đến một điều tưởng chừng rất đơn giản, đó là xuất xứ của thuật ngữ Robot_ vậy Robot là gì? Có thể sẽ thật ngạc nhiên với ai đó khi biết rằng nếu chỉ hiểu đơn giản Robot là cỗ máy có thể chuyển động, thì Robot đã có từ khoảng 270 năm trước công nguyên, đó là những cơ quan và đồng hồ nước với hình dáng có thể chuyển động được do một kỹ sư người Hy Lạp cổ đại chế tạo ra! Năm 1961, tức là 20 năm sau khi đã có đầy đủ tên, Robot công nghiệp đầu tiên mới được chế tạo tại phân xưởng nhà máy General Motor ở New Jersey. Có thể coi đây là điểm bắt đầu của ngành công nghiệp chế tạo những cỗ máy tinh vi này. Vậy, có thể kết luận gì về Robot ? Đó là những “máy tự động đa chức năng, có thể lập trình lại, được thiết kế để di chuyển vật chất, bộ phận, công cụ, hay các thiết bị đặc biệt thông qua những chuyển động đã được lập trình sẵn dành cho những nhiệm vụ đa dạng ”. 1.0 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI VÀ SƠ ĐỒ KHỐI 1.1 Lí DO CHỌN ĐỀ TÀI “Gần đõy, ở Việt Nam đó xuất hiện một số mỏy thụng minh, trong đú đa số là robot cụng nghiệp được chế tạo thành cụng ở Trường Đại học Bỏch khoa Hà Nội, Đại học Bỏch khoa TP Hồ Chớ Minh, Trung tõm khoa học và kĩ thuật quõn sự thuộc Bộ Quốc phũng... Đú là những robot hỗ trợ việc cấp phụi, robot cấp than cho mỏy nghiền, robot mini bốn bậc tự do dựng trong đào tạo và lắp rỏp nhỏ... Viện Cơ học thuộc Trung tõm khoa học tự nhiờn và cụng nghệ quốc gia và một số đơn vị khỏc cũng đang nghiờn cứu và đó mụ phỏng trờn mỏy tớnh cỏc robot cơ cấu điều kiện song song, robot di động. “ (Trớch bỏo điện tử Hà Nội Mới); Robot cú vai trũ rất quan trọng trong đời sống hiện nay đặc biệt là những ứng dụng của nú trong sản xuất kinh tế, quốc phũng…Tuy nhiờn cụng nghệ chế tạo robot là 1 nghành cũn khỏ mới mẻ với Việt Nam nờn việc phỏt triển nghành cụng nghiệp này để bắt kịp với cỏc nước phỏt triển khỏc là 1 điều vụ cựng quan trọng. Bờn cạnh đú, VDK là một mụn học cũn khỏ xa lạ đối với sinh viờn nờn việc tỡm hiểu lý thuyết kết hợp với thực hành là rất cần thiết và bổ ớch.Họ VDK 8051 là họ vi điều khiển cơ bản rất thớch hợp cho mọi người mới bắt đầu làm quen với VDK. Qua việc thực hiện giao tiếp giữa VDK với động cơ, cảm biến, phớm bấm, LCD.. sẽ giỳp chỳng ta phần nào hiểu được cấu trỳc cơ bản của VDK. Những kiến thức cơ bản đú sẽ làm nền tảng giỳp chỳng ta cú thể tỡm hiểu về cỏc loại VDK khỏc. 1.2 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Sản phẩm là 1 chiếc xe tự động cú chức năng tự di chuyển đế điểm mong muốn trờn sõn.Với cỏc chế độ 1,2… chiếc xe cú thể thực hiện được đa dạng trong việc di chuyển và cú nhiều hướng phỏt triển thờm sau này. Đề tài của nhúm chỳng em là chế tạo sản phẩm xe tự động.Chức năng của sản phẩm là thực hiện việc di chuyển từ điểm xuất phỏt đến 1 điểm bất kỳ trờn sõn, từ đú thực hiện cỏc đường đi cụ thể trờn sõn.VDK sử dụng trong đề tài là VDK họ 8051.Đõy là họ VDK cơ bản thớch hợp cho những người mới tỡm hiểu về VDK.Đề tài chủ yếu giỳp sinh viờn làm quen với cỏc chức năng cơ bản của VDK thụng qua cỏc giao tiếp với cảm biến, động cơ, LCD, phớm bấm…Hướng phỏt triển của đề tài là cú thể cải tiến sản phẩm thành 1 chiếc xe đa năng thụng minh, cú thể thực hiện được mềm dẻo cỏc nhiệm vụ.(Vớ dụ như cú thể cải tiến cho xe cú thể tự chọn đường đi tối ưu nhất ) 1.3 SƠ ĐỒ KHỐI Sơ đồ khối của hệ thống 2.0 CÁC CHỈ TIấU CỦA SẢN PHẨM +Về chức năng: Hệ thống điều khiển trước hết phải có khả năng giao tiếp với người sử dụng, tức là cho phép thay đổi thiết lập hệ thống và hiển thị trạng thái hệ thống. Chức năng giao tiếp này phải được thiết kế thân thiện với người sử dụng. Hệ thống điều khiển phải có khối cung cấp nguồn ổn định. Hệ thống có thể nhận được các tín hiệu báo nhận đường đi. Hệ thống có khả năng điều khiển tốc độ bánh xe Robot một cách linh hoạt. Hệ thống có khả năng điều khiển các mô tơ với công suất khác nhau theo cả hai chiều. Một vấn đề là hệ thống cần có chức năng hiển thị, để cho ta biết chế độ hoạt động cũng như trạng thái của hệ thống. Hệ thống có khả năng lựa chọn nhiều chế độ hoạt động khác nhau. Và yêu cầu quan trọng nhất đối với một hệ thống là có đơn vị xử lý trung tâm để có thể phối hợp các khối khác hoạt động đồng thời và ổn định trong toàn bộ quá trình hoạt động. -Cú hướng phỏt triển sau này như cải tiến thành 1 robot thụng minh hơn nữa. +Về chất lượng sản phẩm: kết cấu cơ khớ đẹp, chạy ổn định, cú thể thớch nghi với cỏc mặt sõn khỏc nhau. +Về kinh phớ: dưới 300K +Về thời gian hoàn thành: hoàn thành trước chỉ tiờu 1 tuần. 3.0 Mễ TẢ CHI TIẾT ĐỀ TÀI * Tờn sản phẩm:xe tự động VDK sử dụng: AT89S52 * Chức năng: thực hiện việc di chuyển tự động đến điểm đó định sẵn và cỏc đường di chuyển khỏc nhau. * Cỏc khối cơ bản của sản phẩm: 3.1Khối nguồn Trong khối nguồn chỳng ta sử dụng 1 bỡnh ắc quy khụ 12V.Mặt khỏc hệ thống diều khiển cần phải cú nguồn 0V và 5V để cung cấp cho khối VDK và khối cảm biến.Nguồn 0V của hệ thống ta sẽ dung chung với nguồn 0V của khối điều khiển động cơ, và được lấy trực tiếp từ nguồn của ắc quy.Cũn để tạo nguồn 5 VDC chỳng ta sử dụng IC ổn ỏp 7805, với đầu vào gồm đất chung của toàn hệ thống và nguồn 12 VDC lấy trực tiếp từ nguồn ắc quy. Như vậy tõ cú thể xõy dựng được sơ đồ khối nguồn như sau: Trong mạch nguồn này ta dung nguồn đất chung cho toàn hệ thống nờn chỳng ta dựng một cầu chỡ cho đường nguồn đất để bảo vệ mạch chống quỏ tải. Đồng thời tại đầu vào cũng như tại đầu ra chỳng ta đều dung cỏc tụ lọc õm tần và cao tần. Trờn mạch nguồn chỳng ta cũng mắc them diot LED ở đầu ra và đầu vào để bỏo hiệu đó cú nguồn ra và nguồn vào. 3.2 Khối VDK: Khối điều khiển trung tâm có nhiệm vụ phối hợp toàn bộ hệ thống hoạt động một cách thích hợp và ổn định. Khối này sử dụng vi điều khiển là IC 89C52. Vi điều khiển này sẽ giao tiếp với các khối khác thông qua khối vào ra cơ bản. Do vi điều khiển trung tâm phải trao đổi dữ liệu với nhiều khối khác nhau, trong khi các cổng xuất nhập dữ liệu của nó là hạn chế, chính vì vậy ta chọn phương án dùng chỉ dùng một Port0 làm cổng xuất nhập dữ liệu từ các khối khác thông qua khối giao tiếp vào ra, khối giao tiếp vào ra bao gồm nhiều IC chốt dữ liệu hoạt động ở các chế độ khác nhau phù hợp với chế độ vào hay chế độ ra. Từ đây ta có thể xây dựng sơ đồ nguyên lý cho khối điều khiển trung tâm: Như vậy vi điều khiển trung tâm sẽ nhận dữ liệu từ khối cảm biến, bao gồm các tín hiệu báo nhận về đường đi và tín hiệu báo nhận kết thúc các quá trình cơ khí, sau đó sẽ xử lý dữ liệu nhận được để đưa các quết định điều khiển mô tơ xuống khối mô tơ. Đồng thời cho hiển thị ra trạng thái của hệ thống. 3.3 Khối cảm biến: Khối cảm biến gồm cỏc tớn hiệu cảm biến bằng tiếp giỏp cơ bỏo hết hành trỡnh động tỏc và cỏc cặp cảm biến hồng ngoại phỏt và quang trở. Một đầu cảm biến phỏt ra bức xạ hồng ngoại đầu cũn lại thu lấy bức xạ, lượng tỡn hiệu thu được phụ thuộc rất nhiều vào độ bong, màu sắc của bề mặt phản xạ. Độ búng càng lớn, màu càng sang thỡ độ phản xạ càng nhiều, tớn hiệu thu được càng lớn và ngược lại. Tớn hiệu thu được ở đầu ra cảm biến thu được chỉ là tớn hiệu tương tự, để VDK cú thể xử lý được tớn hiệu này, thỡ tớn hiệu thu được cần qua một mạch so sỏnh mức. Ở đõy ta sử dụng một mạch khuyếch đại thuật toỏn, được tớch hợp trong IC LM324, với điện ỏp cung cấp là 5V, khi đú đầu ra của mạch khuyếch đại thuật toỏn sẽ là mức 0 hoặc 5V tương thớch với tớn hiệu đầu vào. Để thay đổi mức điện ỏp so sỏnh ta di chuyển con chạy trờn biến trở phõn ỏp. Trờn mặt sõn tại vạch đen ta thu được tớn hiệu cú điện ỏp ra là a V và tại nền ta thu được tớn hiệu điện ỏp là b V thỡ ta điều chỉnh điện ỏp ngưỡng phự hợp sao cho hai mức điện ỏp ra tương ứng là 0V và 5V để nhận biết được vạch đen. 3.4 Khối động cơ: Gồm 2 động cơ ghộp nối với VDk thụng qua L298.L298 là linh kiện cú tỏc dụng đảo chiều động cơ. Khối động cơ cú tỏc dụng trực tiếp đến việc thực hiện cỏc chức năng của sản phẩm nhờ việc nhận cỏc tớn hiệu điều khiển từ VDK. chúng ta cần điều chỉnh tốc độ của hai bánh xe một cách linh hoạt, vì vậy chúng ta sử dụng công nghệ điều chỉnh tốc độ mô tơ theo độ rỗng xung PWM. Do mạch cầu H dùng Rơle đáp ứng bằng tiếp giáp cơ điện nên độ trễ lớn, chính vì vậy ta phải mắc cầu H dùng Tranzito. Trong mạch này ta ứng dụng IC L298 đã được tích hợp hai mạch cầu H bên trong, và có sơ đồ khối như ta thấy dưới đây. Mỗi cầu H trong IC L298 được điều khiển bởi 3 tín hiệu In1, In2, EnA tương ứng với 3 tín hiệu ta lấy ra từ vi điều khiển SLAVE là Left Forward, Left Backward, Left EN. Ta có quan hệ giữa các tín hiệu này như sau: In1 In2 EnA Out1 Out2 0 0 1 0 VDC 0 VDC 0 1 1 0 VDC 24 VDC 1 0 1 24 VDC 0 VDC 1 1 1 24 VDC 24 VDC X x 0 Treo Treo Vì vậy các tín hiệu điều khiển của chúng ta có trạng thái sau: Left Forward Left Backward Left EN. STATE MOTO 1 0 1 Dir_Forward (quay hướng tiến) 0 1 1 Dir_Backward (quay hướng lùi) 0 0 1 Dir_ Hold (dừng và chập hai đầu moto) 0 0 0 Dir_Stop (dừng và thả trôi moto) KẾT LUẬN Cú thể núi với tốc độ phỏt triển của cụng nghệ hiện nay thỡ việc nghiờn cứu và chế tạo robot là vụ cựng quan trọng. Điều này gúp 1 phần đỏng kể trong việc nõng tầm mọi nghành lờn 1 tầm cao mới. Đõy là 1 điều thỳc đẩy cỏc sinh viờn càng phải tớch cực học tập, nghiờn cứu, và sỏng tạo hơn nữa để gúp phần đưa nền cụng nghệ nước nhà phỏt triển mạnh mẽ và vững chắc. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Cấu trỳc và lập trỡnh họ VDK 8051 Nguyễn Tăng Cường, Phan Quốc Thắng 2. Cỏc mạch robot và lập trỡnh của cỏc đội BKPro, BKBamboo…… 3. Cỏc trang web