DO AN CHUYEN NGANH robot do duong theo vach trắng

MỤC LỤC
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 2
Ý NGHĨA KHOA HỌC THỰC TIỄN 2
PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3
LỜI NÓI ĐẦU 3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT 4
I.1. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA ROBOT TỰ ĐỘNG 4
I.2. ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRONG ROBOT 5
I.2.1. Giới thiệu về động cơ điện một chiều 5
I.2.2. Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ 6
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ 7
II.1. GIỚI THIỆU VỀ BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 7
II.1.1. Tổng quan về bộ vi điều khiển 8051 7
II.1.2. Các chân điều khiển của 8051 9
II.2. TÌM HIỂU CHIP VI ĐIỀU KHIỂN P89V51RD2 12
II.2.1. Tổng quan và các tính năng của P89V51RD2 12
II.2.2. Sơ đồ khối của MCU P89V51RD2 13
Hình 2.4: Sơ đồ khối của MCU P89V51RD2 14
II.2.3. Các chân của vi điều khiển 14
II.2.4. Định nghĩa các thanh ghi chức năng 16
II.2.5. Chức năng PCA 17
II.2.6. Các chế độ hoạt động của Module PCA 19
II.3. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT 21
II.3.1. Sơ đồ khối mạch điều khiển Robot 21
II.3.2. Các module điều khiển 22
II.3.2.1. Module vi điều khiển 22
II.3.2.2. Module cảm biến 23
II.3.2.3. Mạch nguồn vi điều khiển và cảm biến 24
II.3.3. Các bước thi công mạch 24
CHƯƠNG III: THUẬT TOÁN DÒ ĐƯỜNG 26

III.1. TẬP LỆNH CỦA 8051 26
III.2. LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 30
III.2.1. Lưu đồ thuật toán dò đường 30
III.2.1. Nguyên lý dò đường và minh họa thuật toán dò đường 32
III.3. PHỤ LỤC (CODING) 34
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHO ĐỀ TÀI 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Tìm hiểu về cấu tạo của robot, vẽ thiết kế mạch dò đường và điều khiển
dò đường theo vạch trắng cho robot tự động.
Ý NGHĨA KHOA HỌC THỰC TIỄN
Trong thời đại ngày nay khoa học kỹ thuật đã và đang phát triển vượt
bậc. Nhân loại đã bước sang một kỷ nguyên tự động hóa hết sức mạnh mẽ, các
máy móc và thiết bị công nghiệp cũng như dân dụng đang dần được tự động
hóa hoàn toàn. Sự ra đời không ngừng của các vật liệu bán dẫn, các bộ vi xử
lý, vi điều khiển… đã làm cho các máy móc trở nên thong minh hơn. Tất cả
các nước trên thế giới đã và đang hướng tới công nghiệp hóa và hiện đại hóa
kết hợp chặt chẽ với tự động hóa. Trong tương lai không xa con người sẽ được
giải phóng khỏi những công việc nặng nhọc và nguy hiểm, thay vào đó sẽ là
những robot thông minh thực hiện những công việc này.
Cuộc thi sáng tạo robocon hằng năm được tổ chức không đơn
thuần chỉ là sân chơi cho tất cả các bạn sinh viên mà nó còn hỗ trợ rất
nhiều kiến thức thực tế bổ sung cho những kiến thức lý thuyết đã được
học ở lớp. Đề tài của em xin nói đến một phần nhỏ trong quá trình thiết
kế và thi công một robot tự động.

PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Trong cả một quá trình thiết kế và thi công một robot, chúng ta có ba
giai đoạn chính:

Thiết kế cơ khí trên bản vẽ và thi công thực tế.
Thiết kế mạch điện tử và lập trình cho robot.
Hoàn tất quá trình cơ khí và test thử robot.
Đề tài sẽ có nội dung chính hướng đến là tìm hiểu về mạch dò đường
cho robot và cách điều khiển cho robot tự động tìm đường đi dựa vào vạch
trắng.
LỜI NÓI ĐẦU
Trước tiên em xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy cô cũng như các anh
(chị) chuyên viên trung tâm CEE, những người đã tạo điều kiện cho em có cơ
hội nghiên cứu và tìm hiểu sâu rộng về lĩnh vực robot, đặc biệt là thầy Lê Thế
Hải đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Có được sự giúp đỡ tận tình đó cùng với sự cố gắng của bản than nên em đã
hoàn thành được đề tài đúng thời hạn. Với sự hiểu biết và kiến thức còn hạn
chế, thời gian thực hiện đề tài không nhiều nên không tránh khỏi những sai sót.
Rất mong được quý thầy cô và các bạn hướng dẫn, góp ý để đề tài được hoàn
chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên
Nguyễn Minh Quỳnh.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT
I.1. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA ROBOT TỰ ĐỘNG
Robot tự động được thiết có cấu trúc như sau:
Hình 1.1: Cấu trúc của Robot tự động
Trong đó:
o Khối hiển thị:là 4 led 7 đoạn hiển thị số mode chương trình .
o Khối cảm biến:bao gồm các cảm biến nhận tín hiệu vạch trắng.
o Khối điều chỉnh:là khối giao tiếp giữa người điều khiển và Robot.Đó
là các nút nhấn chọn chương trình và các vi trở điều chỉnh độ nhạy
của cảm biến.

o Khối VĐK:quan trọng nhất là chip 89V51 của hãng Philip điều
khiển toàn bộ hoạt động của Robot : nhận tín hiệu từ khối cảm
biến,khối điều chỉnh,sau đó gửi tín hiệu qua khối hiển thị và điều
khiển khối cơ cấu chấp hành.
KHỐI VĐK 89V51KHỐI ĐIỀU
CHỈNH
KHỐI CƠ CẤU CHẤP
HÀNH
KHỐI CẢM BIẾN
KHỐI
HIỂN THỊ

o Khối cơ cấu chấp hành:thực hiện những thao tác mà khối vi điều
khiển ra lệnh.
I.2. ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRONG ROBOT
I.2.1. Giới thiệu về động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một
chiều. Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân
dụng cũng như công nghiệp
Cấu tạo của động cơ gồm có 2 phần: stato đứng yên và rôto quay so với
stato. Phần cảm (phần kích từ-thường đặt trên stato) tạo ra từ trường đi
trong mạch từ, xuyên qua các vòng dây quấn của phần ứng (thường đặt trên
rôto). Khi có dòng điện chạy trong mạch phần ứng, các thanh dẫn phần ứng
sẽ chịu tác động bởi các lực điện từ theo phương tiếp tuyến với mặt trụ rôto,
làm cho rôto quay.
Tùy theo cách mắc cuộn dây roto và stato mà người ta có các loại động
cơ sau:
- Động cơ kích từ độc lập: Cuộn dây kích từ (cuộn dây stato) và
cuộn dây phần ứng (roto) mắc riêng rẽ nhau, có thể cấp nguồn riêng
biệt.

- Động cơ kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ mắc nối tiếp với cuộn
dây phần ứng:
Đối với loaj động cơ kích từ độc lập, người ta có thể thay thế cuộn dây
kích từ bởi nam châm vỉnh cữu, khi đó ta có loại động cơ điện 1 chiều dùng
nam châm vĩnh cữu. Đây là loại động cơ được sử dụng trong đồ án này.

I.2.2. Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ
Đối với loại động cơ kích từ độc lập dùng nam châm vĩnh cữu, để thay
đổi tốc độ, ta thay đổi điện áp cung cấp cho roto. Việc cấp áp 1 chiều
thay đổi thường khó khăn, do vậy người ta dùng phương pháp điều xung
(PWM):
Hình 1.2: PWM
Phương pháp điều xung sẽ giữ tần số không đổi, thay đổi chu kì nhiệm
vụ (Duty cycle) để thay đổi điện áp trung bình đặt lên động cơ.
Điện áp trung bình:
in
on
dk
V
T
T
V =
Do đặc tính cảm kháng của động cơ, dòng qua động cơ là dòng liên tục,
gợn sóng như sau:

Hình 1.3: Dạng sóng dòng và áp trên động cơ.
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ
II.1. GIỚI THIỆU VỀ BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 8051
II.1.1. Tổng quan về bộ vi điều khiển 8051
8051 là họ vi điều khiển của Intel. Các nhà sản xuất IC khác như

Siemens, Ađvance Micro Devices, Fujitsu và Philips được phép làm các nhà
cung cấp thứ hai cho các chíp của họ 8051. Chip 8051 có các đặc trưng được
tóm tắt như sau:
- 4KB ROM.
- 128 byte RAM.
- 4 Port xuất/nhập (I/O port) 8 bit.
- 2 bộ định thời 16 bit.
- Mạch giao tiếp nối tiếp.
- Không gian nhớ chương trình ngoài 64K.
- Không gian nhớ dữ liệu ngoài 64K.
U
dk
t
Ia
t

- Bộ xử lý bit (thao tác trên các bit riêng rẻ).
- 210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí 1 bit.
- Nhân/chia trong 4µs.
Hình 2.1: Sơ đồ khối của chíp 8051 như sau:
Chú thích:
Interupt control: Điều khiển ngắt.
Other register: Các thanh ghi khác.
Timer 2, 1, 0: Bộ định thời 2, 1, 0.
CPU: Đơn vị xữ lý trung tâm.
Oscillator: Mạch dao động.
Bus control: Điều khiển Bus.
I/O Ports: Các port xuất/nhập.
Serial port: Port nối tiếp.

Address/data: Địa chỉ/ dữ liệu.
Hình 2.2: Sơ đồ chân của 8051
II.1.2. Các chân điều khiển của 8051
+ Port 0:
Port 0 (các chân từ 32 đến 39 trên 8051) có hai công dụng. Trong các
thiết kế có tối thiểu thành phần, port 0 được sử dụng làm nhiệm vụ xuất/nhập.
Trong các thiết kế lớn hơn có bộ nhớ ngoài, port 0 trở thành bus địa chỉ và bus
dữ liệu đa hợp [ byte thấp của bus địa chỉ nếu là địa chỉ]
+ Port 1:

Port 1 chỉ có một công dụng là xuất/nhập ( các chân từ 1 đến 8 trên
8051 ). Các chân của port 1 được ký hiệu là P1.0, P1.1, … P1.7 và được dùng
để giao tiếp với các thiết bị bên ngoài khi có yêu cầu. Không có chức năng nào
khác nửa gán cho các chân của port 1, nghỉa là chúng chỉ được sử dụng để
giao tiếp với các thiết bị ngoại vi.
+ Port 2:
Port 2 ( Các chân từ 21 đến 28 trên 8051) có hai công dụng hoặc làm
nhiệm vụ xuất/nhập hoặc làm byte địa chỉ cao của bus địa chỉ 16 bit cho các
thiết kế có bộ nhớ chương trình ngoài hoặc các thiết kế có nhiều hơn 256 byte
bộ nhớ dữ liệu ngoài.
+ Port 3:
Port 3 ( Các chân từ 10 đến 17 trên 8051) có hai công dụng khi không
hoạt động nhập/xuất các chân của port 3 có nhiều chức năng riêng. ( Xem bảng
dưới )
Bit Tên Địa chỉ bit Chức năng
P3.0 RxD B0H Chân nhận dữ liệu của port nối tiếp
P3.1 TxD B1H Chân phát dữ liệu của port nối tiếp
P3.2 INT0 B2H Ngõ vào ngắt ngoài 0
P3.3 INT1 B3H Ngõ vào ngắt ngoài 1
P3.4 T0 B4H Ngõ vào của bộ định thời/đếm0

P3.5 T1 B5H Ngõ vào của bộ định thời/đếm1
P3.6 WR B6H Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu
ngoài
P3.7 RD B7H Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu
ngoài
+ Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN:
8051 cung cấp cho ta 4 tín hiệu điều khiển bus. Tín hiệu cho phép bộ
nhớ chương trình PSEN ( Program Store Enable) là tín hiệu xuất trên chân 29.
Đây là tín hiệu điều khiển cho phép ta truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài.

Chân này thường nối với chân cho phép xuất OE (output enable) của EPROM (
hoặc ROM) để cho phép đọc các byte lệnh.
Tín hiệu PSEN ở logic 0 trong suốt thời gian tìm nạp lệnh. Các mã nhị
phân của chương trình hay các Opcode được đọc từ EPROM qua bus dữ liệu
và được chốt vào thanh ghi lệnh IR của 8051 để được giải mã.
Khi thực thi một chương trình chứa ROM nội PSEN được duy trì ở
logic 1.
+ Chân cho phép chốt địa chỉ ALE:
8051 sử dụng chân 30, chân xuất tín hiệu cho phép chốt địa chỉ ALE
(Address Latch Enable) để giải ra hợp ( Demultiplexing) bus dữ liệu và bus địa
chỉ. Khi port 0 được sử dụng làm bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp, chân ALE xuất tín
liệu để chốt địa chỉ (byte thấp của địa chỉ 16 bit) và một thanh ghi ngoài trong
suốt nữa đầu của chu kỳ bộ nhớ. Sau khi điều này đã được thực hiện, các chân
của port 0 sẽ xuất/nhập dữ liệu hợp hệ trong suốt nữa cuối của chu kỳ bộ nhớ.
Tín hiệu ALE có tần số bằng 1/6 tần số của mạch giao động bên trong
chip vi điều khiển và có thể được dùng làm xung clock cho phần còn lại của hệ
thống. Chân ALE còn được dùng để nhận xung ngõ vào lập trình cho EPROM
trên chip đối với các phiên bản của 8051 có EPROM này.
+ Chân truy xuất ngoài AE.
Ngõ vào này ( chân 31) có thể được nối với 5V ( logic 1) hoặc với GND

( logic 0). Nếu chân này nối lên 5V, 8051 thực thi chương trình trong ROM
nội, nếu chương trình này nối với GND chương trình cần thực thi chứa ở bộ
nhớ ngoài.
+ Chân Reset (RST):
Ngõ vào RST ( chân 9) là ngõ vào xoá chính ( Master Reset) của 8051
dùng để thiết lập lại trạng thái ban đầu cho hệ thống hay gọi tắt là Reset hệ
thống. Khi ngõ vào này được treo ở logic 1 tối thiểu 2 chu kỳ máy, các thanh

ghi bên trong 8051 được nạp các giá trị thích hợp cho việc khởi động lại hệ
thống.
+ Các chân XTAL1, XTAL2:
Mạch giao động bên trong chip 8051 được ghép với thạch anh bên ngoài
ở hai chân XTAL1 và XTAL2 ( chân 18 và 19).
II.2. TÌM HIỂU CHIP VI ĐIỀU KHIỂN P89V51RD2
II.2.1. Tổng quan và các tính năng của P89V51RD2
Hình 2.3: P89V51RD2
+Khái quát:
• P89V51RD2 là vi điều khiển 80C51 có 64kB Flash và 1024bytes<1kB> bộ
nhớ dữ liệu RAM.
• Tính năng đặc biệt của P89V51RD2 là ở chế độ hoạt động mode x2. Người
thiết kế chọn chạy ứng dụng của mình ở chế độ này để nâng đôi tốc độ khi
hoạt động ở cùng tần số dao động<một chu kì máy=6 chu kì xung nhịp>
• Bộ nhớ chương trình Flash cho phép lập trình ISP hoặc/và song song. Chế
độ lập trình song song được đưa ra để thích ứng với tốc độ cao, giảm thời
gian và giá thành.
• IAP/ISP.
+ Các tính năng:
 CPU 80C51.
 Hoạt động ở 5VDC trong tầm tần số dao động đến 40MHz.

 64kB ISP.
 SPI
 5 PCA với chức năng PWM/capture/compare 16bits.
 4 cổng xuất nhập.
 3 Timers/Couters 16bits.
 Watchdog Timer có thể lập trình được.
 8 nguồn ngắt.
 2 thanh ghi DPTR.
 Tương thích mức logic TTL và CMOS.
 Phát hiện nguồn yếu <Brownout Detect>
 Chế độ Low-power, Power down, Idle.
II.2.2. Sơ đồ khối của MCU P89V51RD2

Hình 2.4: Sơ đồ khối của MCU P89V51RD2
II.2.3. Các chân của vi điều khiển
+ Port 0, Port 1, Port 2, Port 3: Như cấu trúc 8051 kinh điển.
+ P1.0 - T2: Ngõ vào Counter cho Timer/Counter 2 hoặc ngõ ra cho
Counter/Timer 2.
+ P1.1 - T2EX: Điều khiển hướng và cạnh kích chức năng Capture cho
timer/Counter 2.
+ P1.2 – ECI: Ngõ vào xung nhịp. Tín hiệu này là nguồn xung nhịp ngoài cho
chức năng PCA.
+ P1.3 –CEX0: ngõ vào xung nhịp cho chức năng Capture/Compare modul 0.

+ P1.4: o SS: Chọn cổng phụ vào cho SPI.
o CEX1: ngõ vào xung nhịp cho chức năng Capture/Compare
modul 1.
+ P1.5: o MOSI: phục vụ SPI
o CEX2: ngõ vào xung nhịp cho chức năng Capture/Compare
modul 2.

+ P1.6: o MISO: phục vụ SPI
o CEX3: ngõ vào xung nhịp cho chức năng Capture/Compare
modul 3.
+ P1.7: o SCK: phục vụ SPI
o CEX4: ngõ vào xung nhịp cho chức năng Capture/Compare
modul 4.
+ PSEN: Cho phép dùng bộ nhớ chương trình ngoài. Khi MCU sử dụng bộ nhớ
chương trình trong chip, PSEN không tích cực. Khi sử dụng bộ nhớ chương
trình ngoài, PSEN thường ở mức tích cực 2 lần trong mỗi chu kì máy. Sự
chuyển mức cao sang thấp trên ↓PSEN cưỡng bức từ bên ngoài khi ngõ vào
RST đang ở mức cao trong hơn 10 chu kì máy sẽ đưa MCU vào chế độ lập
trình host từ bên ngoài.
+ RST: Khi nguồn dao động đang hoạt động, mức cao trên chân RST trong ít
nhất 2 chu kì máy sẽ Reset lại hệ thống. Nếu chân PSEN chuyển mức trong khi
RST vẫn còn ở mức cao, MCU sẽ vào chế độ lập trình host từ bên ngoài, nếu
không, sẽ hoạt động bình thường. ↓
+ EA: Cho phép sử dụng bộ nhớ chương trình ngoài.
1 o EA=’0’: Bộ nhớ ngoài.
2 o EA=’1’:Bộ nhớ trong chip.

+ ALE/PROG: Cho phép khóa địa chỉ<Như 8051 cổ điển> ngoài ra, chân này
còn được dùng để đưa vào chế độ lập trình FLASH.
II.2.4. Định nghĩa các thanh ghi chức năng
Do P89V51RD2 có thêm một số thanh ghi chức năng đặc biệt, nếu bạn
đang sử dụng các trình biên dịch thông thường, cần phải khai báo các thanh ghi
chức năng đó. Ví dụ:
;Đoạn code dưới đây để ví dụ cho định nghĩa các thanh ghi chức năng khi
dùng ;ASM.
;Khởi tạo 200601312020
CCAP0H DATA 0FAH

CCAP1H DATA 0FBH
CCAP2H DATA 0FCH
CCAP3H DATA 0FDH
CCAP4H DATA 0FEH
CCAP0L DATA 0EAH
CCAP1L DATA 0EBH
CCAP2L DATA 0ECH
CCAP3L DATA 0EDH
CCAP4L DATA 0EEH
CCAPM0 DATA 0DAH
CCAPM1 DATA 0DBH
CCAPM2 DATA 0DCH
CCAPM3 DATA 0DDH
CCAPM4 DATA 0DEH
ECOM_0 BIT CCAPM0.6
CAPP_0 BIT CCAPM0.5
CAPN_0 BIT CCAPM0.4
MAT_0 BIT CCAPM0.3
TOG_0 BIT CCAPM0.2
PWM_0 BIT CCAPM0.1
ECCF_0 BIT CCAPM0.0

II.2.5. Chức năng PCA
Chức năng nổi bật của P89V51RD2 là có 5 kênh PCA, các thanh ghi
chịu tác động: CMOD, CCON, CCAPMn.
Hình 2.5: Hệ thống các ngắt ở chức năng PCA
1 a. Thanh ghi chức năng đặc biệt CMOD:
Không thể can thiệp vào từng bit.
Bit Kí hiệu Chức năng
7 CIDL Điều khiển trạng thái rỗi của Counter PCA. CIDL=0

sẽ cho Counter PCA tiếp tục hoạt động bất chấp đang
trong trạng thái rỗi. CIDL=1 sẽ lập trình cho nó không
hoạt động trong trạng thái rỗi.
6 WDTE Cho phép Watchdog Timer trên modul 4.
5-
3
- Chưa được khai báo

2-
1
CPS1-
CPS0
Lựa chọn nguồn xung đếm cho PCA <Xem bảng
dưới>
0 ECF Cho phép ngắt khi tràn Counter PCA.
Bảng 1: Các bit định nghĩa cho thanh ghi CMOD
Ta sẽ lợi dụng chức năng PWM của PCA để điều xung, nhằm chỉnh mức áp
đặt vào động cơ, qua đó, thay đổi tốc độ của nó.
PCA là Timer 16bit đặc biệt, gồm 5 modul. Mỗi modul có thể lập trình để
vận hành 1 trong 4 chế độ: capture cạnh lên/xuống, timer, ngõ ra tốc độ cao,
hay PWM. Timer PCA có thể vận hành nhờ các nguồn xung nhịp: ½ OscFreq ;
1/6OscFreq; tốc độ tràn của timer 0; hay từ ngõ vào trên chân ECI (P1.2).
Nguồn xung nhịp của PCA được chọn nhờ các bit CPS1-CPS0 trên thanh ghi
đa dụng CMOD.
CPS1 CPS0 Chọn xung nhịp cho PCA
0 0 Fosc/6
0 1 Fosc/2
1 0 Tràn từ Timer 0
1 1 Xung nhịp ngoài (ECI) Tốc độ lớn nhất Fosc/4
Bảng 2: Quy định cách chọn xung nhịp cho PCA

b. Thanh ghi chức năng đặc biệt CCON
Có thể can thiệp vào từng bit
Bit Kí hiệu Chức năng
7 CF Cờ đếm tràn PCA.
6 CR Bit điều khiển chạy counter PCA
5 - Chưa định nghĩa
4 CCF4 Cờ ngắt modul PCA 4
3 CCF3 Cờ ngắt modul PCA 3
2 CCF2 Cờ ngắt modul PCA 2
1 CCF1 Cờ ngắt modul PCA 1
0 CCF0 Cờ ngắt modul PCA 0
Bảng 3: Các bit định nghĩa của thanh ghi CCON
1 c. Thanh ghi chức năng so sánh/capture cho các modul PCA: CCAPMn
Không can thiệp được vào từng bit.
Bit Kí hiệu Chức năng
7 - Chưa định nghĩa
6 ECOMN Cho phép bộ so sánh
5 CAPPN Cho phép capture cạnh lên
4 CAPNN Cho phép capture cạnh xuống
3 MATN Cho phép kết nối với cờ ngắt CCFn ở thanh ghi CCON
2 TOGN Lật mức ngõ ra. Tác động đến chân CEXn
1 PWMN Chế độ điều xung. Tác động đến chân CEXn
0 EXCFN Cho phép ngắt CCFn.
Bảng 4: Các bit định nghĩa thanh ghi CCAPMn
II.2.6. Các chế độ hoạt động của Module PCA
Xem bảng sau:
ECOM CAPP CAPN MAT TOG PWM ECCF Chế độ hoạt động
0 0 0 0 0 0 0 Không hoạt động
x 1 0 0 0 0 x Capture 16 bit

kích cạnh lên CEX
x 0 1 0 0 0 x Capture 16 bit
kích cạnh xuống

CEX
x 1 1 0 0 0 x Capture 16 bit
kích cạnh CEX
1 0 0 1 0 0 x Timer 16 bit
1 0 0 1 1 0 x Ngõ ra tốc độ cao
16 bit
1 0 0 0 0 1 0 PWM 8 bit
1 0 0 1 x 0 x Đồng hồ
Watchdog.
Bảng 5: Các chế độ hoạt động modul PCA
a. Chế độ Capture của PCA:
Phải có ít nhất 1 bit trong CAPP hoặc CAPN được bật; sự chuyển mức CEX sẽ
thành ngõ vào Capture cho modul này.Khi có sự chuyển mức hợp lệ trên CEX,
phần cứng của modul PCA sẽ tự nạp các giá trị thanh ghi Timer/Counter của PCA
(CH và CL) vào các thanh ghi Capture modul PCA đó <CCAPnL, CCAPnH>.
b. Chức năng PWM của PCA:
Ở chức năng này, giá trị ở ngõ ra CEX phụ thuộc vào giá trị của 2 thanh
ghi: CCAPnL và CL, khi CL tăng lớn hơn CCAPnL thì CEX sẽ chuyển sang mức
1, ngược lại, sẽ ở mức 0, mỗi lần tràn cờ, CCAPnL sẽ nạp lại giá trị từ CCAPnH,
chính điều này cũng cho phép ta cập nhật duty cycle mới mà không gây ảnh hưởng
tới quá trình PWM.
Chức năng PWM này có độ phân giải 8 bit, tức là ta được 256 mức chia
<tương đối mịn với áp 24V thì mỗi mức sẽ được 24/256≈94mV>

II.3. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT
II.3.1. Sơ đồ khối mạch điều khiển Robot

Hình 2.8: Sơ đồ khối mạch điều khiển Robot tự động
Mạch điều khiển Robot tự động gồm các khối như sau:
-Module điều khiển trung tâm: sử dụng vi điều khiển P89V51RD2 – đây
là loại vi điều khiển sử dụng phổ biến(Sử dụng nhân 8051), đặc biệt có nhiều ưu
điểm, thích hợp cho mô hình Robot dò đường bằng cảm biến line trong các cuộc
thi Robocon. Có độ ổn định cao, dễ lập trình, đáp ứng được những yêu cầu cần
thiết cho mạch điều khiển Robot tự động.
B PH N CH P Ộ Ậ Ấ
HÀNH


MẠCH CÔNG SUẤT
MẠCH CÁCH LY
KHỐI VĐK

HIỂN THỊ
CẢM BIẾN
P89V51RD2
MODULE HIỂN THỊ
ĐK
ĐỘNG
CƠ

(M1)
M1
CB DÒ ĐƯỜNG



CB MÀU

CB VẬT THỂ
ENCODER
ĐK
ĐỘNG
CƠ

(M2)
ĐK
ĐỘNG
CƠ

M3)
ĐK
ĐỘNG
CƠ

(M4)
ĐK
ĐỘNG
CƠ

(M5)
ĐK
ĐỘNG
CƠ

(M6)
M2
M3 M4 M5
M6

NÚT NHẤN
CHỌN CT
CÔNG T C Ắ
HÀNH TRÌNH


-Module cảm biến : Bao gồm các thiết bị chuyển đổi các tín hiệu phàn hồi
thành các tín hiệu số cung cấp cho bộ xử lý MCU, các thiết bị này càng nhiều giúp
cho Robot hoạt động chính xác và hiệu quả hơn tuy vậy việc thiết kế và xử lý các
thông số về cũng phức tạp hơn. Bộ cảm biến ở đây được thiết kế gồm có cảm biến
quang, màu, cảm biến vật thể và encoder. Yêu cầu chung đối các loại cảm biến
này là phải có độ chính xác và độ ổn định cao. Với cảm biến quang được sử dụng
để phát hiện đường line trên sân. Encoder dùng đếm quãng đường, cua, chạy v.v.
-Module công suất: là mạch công suất dùng để điều khiển động cơ bánh
xe, và các động cơ của các cơ cấu chấp hành.
-Module bàn phím: là mạch bố trí các công tắc thực hiện việc điều khiển
cơ cấu, lộ trình chạy Robot, và các công tắc hành trình sử dụng cho việc xác định
trạng thái của cơ cấu chấp hành và trạng thái của robot.
-Module hiển thị: là mạch hiển thị các thông số Robot, màn hình hiển thị
sử dụng 4 led 7 đoạn.
II.3.2. Các module điều khiển
II.3.2.1. Module vi điều khiển
-Đối với bộ vi điều khiển (MCU), P89V51RD2 rất thích hợp cho điều khiển
động cơ DC .Nó 5 kênh điều xung (PWM) từ P1.3 - P1.7. Sử dụng rất đơn giản và
linh hoạt cho việc điều xung. Nếu mạch công suất được thiết kế dạng mạch cầu H
thì ta điều khiển được 2 động cơ. Tuy nhiên do các động cơ được sử dụng trên
Robot chủ yếu là các động cơ cũ, có tốc độ không thích hợp cũng như việc điều
khiển đòi hỏi tốc độ động cơ được thay đổi liên tục, nên có thể thiết kế mạch công
suất cho 5 động cơ bao gồm 1 FET và 1 Rơle tận dụng đầy đủ ưu thế các chân
điều xung.

-Dòng xuất nhập của các chíp vi điều khiển tương đối nhỏ. Đối với một số
các ứng dụng sử dụng số lượng cổng I/O nhỏ thì ta có thể dùng trực tiếp các cổng
này. Trong mạch Robot các cổng I/O được tận dụng tối đa nên ta sẽ thiết kế thêm
R N 1
4 K 7
2
3
4
5
6
7
8
1
9
D K P W M 3
P 2 . 3
D K P W M 6
C 6
3 3 P
C A M B I E N 5
T X D
P 2 . 2
5 V
C A M B I E N 1
S W 1
R E S E T
D K R O L E 5
P 2 . 4
D K R O L E 1
C A M B I E N 7

R X D
5 V
R S T
+
C 5
1 0 U F
P 2 . 1
C A M B I E N 3
C A M B I E N 2
R N 1
4 K 7
2
3
4
5
6
7
8
1
9
C A M B I E N 6
5 V
U 4
P 8 9 V 5 1 R D 2
2 9
3 0
3 1
1 9
1 8
9

3 9
3 8
3 7
3 6
3 5
3 4
3 3
3 2
1
2
3
4
5
6
7
8
2 1
2 2
2 3
2 4
2 5
2 6
2 7
2 8
1 0
1 1
1 2
1 3
1 4
1 5

1 6
1 7
P S E N
A L E
E A
X 1
X 2
R S T
P 0 . 0 / A D 0
P 0 . 1 / A D 1
P 0 . 2 / A D 2
P 0 . 3 / A D 3
P 0 . 4 / A D 4
P 0 . 5 / A D 5
P 0 . 6 / A D 6
P 0 . 7 / A D 7
P 1 . 0
P 1 . 1
P 1 . 2
P 1 . 3
P 1 . 4
P 1 . 5
P 1 . 6
P 1 . 7
P 2 . 0 / A 8
P 2 . 1 / A 9
P 2 . 2 / A 1 0
P 2 . 3 / A 1 1
P 2 . 4 / A 1 2
P 2 . 5 / A 1 3

P 2 . 6 / A 1 4
P 2 . 7 / A 1 5
P 3 . 0 / R X D
P 3 . 1 / T X D
P 3 . 2 / I N T 0
P 3 . 3 / I N T 1
P 3 . 4 / T 0
P 3 . 5 / T 1
P 3 . 6 / W R
P 3 . 7 / R D
D K P W M 2
5 V
C A M B I E N 4D K R O L E 4
D K P W M 5
D K R O L E 3
D K P W M 4
J 3
E N C O D E R
1
2
3
4
D K P W M 1
R 1 4
1 0 K
D K R O L E 6
5 V
5 V
J 2
N A P P H I L L I P

1
2
3
4
P 2 . 0
Y 1
1 2 M H z C 7
3 3 P
D K R O L E 2
N U T N H A N V A
C T H T
C A M B I E N 8
D 2 1
W H I T E _ L E D
L E D T H U 1
R 3 1
3 3 0
5 V
R 2 9
P H O T O _ R E S
-
+
U 7 A
L M 3 2 4
3
2
1
C A M B I E N 1
5 V
R 3 1

1 0 k
R 1 5 1 0 0 K

các mạch đệm xuất nhập trước mỗi cổng điều khiển, các chíp đệm có thể sử dụng
cung cấp dòng lớn hơn cho tải, chống nhiễu tốt như: 74LS04, 74LS244,
74LS541…
Hình 2.9: Sơ đồ mạch vi điều khiển
II.3.2.2. Module cảm biến
- Cảm biến quang dò đường là thành phần quan trọng không thể thiếu trong
điều khiển lộ trình chạy của Robot một cách chính xác và đẹp mắt.Trong đề tài
cuộc thi Robot 2008, màu sắc mặt sân nhiều hơn vì vậy cảm biến do đường phải
được lựa chọn sao cho có mức phân biệt tốt, nhưng không quá phức tạp.Sơ đồ
mạch được lựa chọn là kiều thông dụng do đơn giản nhưng để nâng cao khả năng
nhận dạng vạch trắng và phù hợp với việc dùng chung nguồn vi điều khiển +12V,
ta sẽ nâng cao điện áp cung cấp cho cảm biến, tăng số led phát ánh sáng trắng.
D 2
L E D
J 6
1 2 V D C
1
2
+
C 2
0 . 3 3 U F
R 1
3 3 W
+
C 1
1 0 0 0 U F
R 2

3 3 0
C 3
1 0 4
5 V
+
C 4
1 0 0 0 U F
U 1 7 8 0 5
1 3
2
V I N V O U T
G N D
D 1
D I O D E
Q 1
B 6 8 8

Hình 2.10: Sơ đồ mạch cảm biến dò đường
+ Điện áp đặt lên các led siêu sáng trắng có điện áp khoảng 2V, dòng qua
led từ 10 đến 15mA. Ta có thể chọn điện trở hạn dòng cho led siêu sáng:
Ω=
−
=
−
= 300
10
25
10
VV
R

ledcc
led
Chọn R
led
= 330
Ω
II.3.2.3. Mạch nguồn vi điều khiển và cảm biến
Hình 2.11: Sơ đồ mạch mạch nguồn
II.3.3. Các bước thi công mạch
II.3.3.1 Vẽ bằng phần mềm Orcad Layout
II.3.3.2. Làm mạch in
Cần có:
- Panel: tấm đồng to như tờ A4 mua 15K chợ trời.
- Dung dịch ăn mòn: FeCL3 mua ở hàng mành, hoặc HCL, H2O2.
- Giấy in: Giấy đề can hoặc giấy hồng hà, phim bất cứ loại giấy gì có bề mặt
bóng.
- Phụ kiện: Kìm, khoan (các mui thường dùng 0.6mm 0.8mm 1mm 3mm), giấy

ráp hoặc rẻ rửa bát hoặc cọ xoong
Bước 1: “Chuẩn bị bản in”
Sau khi thiết kế bạn chuẩn bị in, nếu nhà có máy in thì tốt, không có thì
phiền đấy ! Nếu cài Adobe Acrobat, MS Office 2003 hay FinePrint thì có một
tiện ích máy in ảo, ta sẽ in ra máy in ảo này rồi đem ra ngoài in vì tập tin được
các máy in tạo ra là pdf hoặc file ảnh.
Đối với Protel thì cần chỉnh vài chỗ trước khi in, protel tự động căn
cả bản in ra cả tờ A4, khắc phục như sau: vào file - print preview - nhấp phải
chuột chọn page setup (hình như thế) bạn sẽ thấy một ô Scale, bạn chỉnh thành 1.
Trong protel đường mạch in phần bottom layer nó để màu ghi trong bản in
vì vậy khi in ra nó sẽ có hiện tượng "chấm chấm". Chỉnh như sau: file - print
preview - Configuration. Bạn sẽ thấy một ô chọn màu sắc, tìm đến bottom layer

sửa cả hai ô thành màu đen. Sau đó thì in ra.
Bước 2: "Là"
Trước tiên đánh sạch bề mặt tấm đồng, càng sạch càng tốt, đem rửa sạch
rồi lau khô, cắt tấm đồng thành tấm có kích thước bằng với board thiết kế. Còn
giấy phải cắt to hơn khung để là xong có chỗ mà bóc.
Bàn là không nên để nóng quá, khoảng 1/2 max là vừa. Sau khi đặt bản in
lên bo đồng ta đặt bàn là, là trong khoảng 5-10 phút, chú ý là kĩ phần mép. Để
nguội. Nếu là giấy đề can thì có thể bóc, còn giấy hồng hà thì phải đem ngâm
nước cho giấy mục ra rồi bóc đi.
Bước 3: “ Ăn mòn.”
Lấy một ít sắt pha với nước tốt nhất là nước sôi. Pha đến khi nó bão hòa.
cho vào một cái đĩa. Đặt tấm đồng vào đĩa, nghiêng đĩa như người ta đãi vàng nếu
ta pha với nước sôi thì khoảng 1 phút là xong. Còn nước nguội thì khoảng 5 phút,
thấy đồng ở phần không có đường mạch bong hết ra là được. Sau đó dùng cọ
xoong đánh sạch.
Bước4: “ Khoan ”