Thiết kế và chế tạo robot car điều khiển từ xa bằng máy vi tinh

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, trong công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa cũng như
tiến trình hội nhập sâu vào nền kinh tế thế giới nói chung và các quốc gia
trong tố chức WTO nói riêng đặt ra cho nền kinh tế và sản xuất của chúng ta
cần phải đáp ứng được các yêu cầu chung của thế giới. Có thể nhận thấy một
điều là nền sản xuất của chúng ta hiện tại mang tính thủ công và hết sức lạc
hậu, do
đó điều kiện cần và đủ để quá trình hội nhập thành công là phải hiện
đại hóa nền kinh tế, hiện đại hóa và tự động quá trình sản xuất.
Lịch sử nhân loại đã chứng kiến những cuộc cách mạng về khoa học kĩ
thuật và gần đây nhất là cuộc cách mạng về công nghệ thông tin. Với sự trợ
giúp của máy tính và hệ thống máy tính, con người đã nâng cao năng su
ất và
tự động hóa ngày một hiệu quả hơn. Tuy nhiên, nói đến máy tính thì trước hết
phải nói đến một lĩnh vực quan trọng gấp bội, đó chính là nền công nghiệp
điện tử.
Nền công nghiệp điện tử và các sản phẩm của nó là nền tảng cơ bản nhất
cho việc ra đời của máy tính và sâu xa hơn chính là nên sản xuất hiện đại
ngày nay. Các sản phẩm của công nghi
ệp điện tử đã đi sâu vào đời sống của
mỗi quốc gia, vùng lãnh thổ và mỗi con người chúng ta. Công nghiệp điện tử
là lĩnh vực không thể thiếu đối với tất cả các khía cạnh trong cuộc sống hiện
đại nhân loại ngày nay.
Nằm trong chương trình đào tạo kĩ sư chuyên ngành cơ điện tử của khoa
cơ khí, trường đại học Nha Trang.
Với đề tài tốt nghiệp:Thiết kế và chế tạo
robot car điều khiển từ xa bằng máy vi tinh. Đây là một đề tài có khối lượng
công việc khá lớn, bao gồm cả cơ khí và điện tử và lập trình điều khiển, đòi
hỏi sự chính xác cao và có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực mang lại hiệu
quả cao.

Trong quá trình làm việc em đã rất cố g
ắng hoàn thành tốt công việc,
nhưng do thời gian có hạn và kinh nghiệm còn non kém. Rất mong được sự
góp ý tận tình của các thầy.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Văn Hùng, thầy Vũ Thăng Long và
các thầy trong bộ môn Cơ Điện Tử đã tận tình giúp đỡ em thực hiện xong đề
tài này.




Nha Trang, ngày 29 tháng 6 năm 2010.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thế Cảnh
Trang 1
Mục lục
Trang
LỜI NÓI ĐẦU 1
Mục lục
2
DANH MỤC CÁC HÌNH
4

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Những khái niệm chung về robot 7
1.2 Ứng dụng robot trong thực tế 7
Chương II TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

2.1. Lý do chọn đề tài 11
2.2. Đặt vấn đề

11
2.3
. Mục đích đề tài 12
2.4.Tổng quan về các khối
12

Chương III CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1. Sơ lược về vô tuyến điện từ 16
3.2. Sơ lược về ATMEGA32 17
3.2.1. Tổng quan về ATMEGA 32
17
3.2.2.Mô tả chân linh kiện 19
3.2.3. USART trong ATMEGA32
20
3.3. Sơ lược về PT2262
21
3.4. Sơ lược về PT2272
23
3.5. Sơ lược về RS232
25
3.6. Sơ lược MODBUS
27
3.6.1. Phân loại 27
3.6.2. Cơ chế giao tiếp
28
3.6.3. Chế độ truyền
29
3.7. Sơ lược về LM35
30

3.8. Sơ lược về Camera
32

Chương IV THIẾT KẾ ROBOT VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU
KHIỂN

4.1. Thiết kế ban đầu 35
4.1.1. Thiết kế robot
35
4.1.2. Thiết kế phần mạch
36
4.1.3. Kết quả thiết kế ban đầu
43
4.2. Thiết kế chính thức
44
4.2.1. Robot
44
4.2.2.Modul Rf 44
4.2.3 Thiết kế mạch giao tiếp
46
Trang 2
4.3. Thiết kế phần mềm 50
4.4.1. Giải thuật điều khiển robot
50
4.4.2. Giải thuật nhận và hiển thị camera
52
4.4.3. Chuẩn hóa giao thức
53
4.4.4. Giải thuật đo nhiệt độ và gửi nhiệt độ về
55

Chương V THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ

5.1.Thực nghiệm 57
5.2 Phân tích kết quả
57

Chương VI KẾT LUẬN VÀ ĐỀ SUẤT

6.1. Kết luận 59
6.2. Đề xuất
59

TÀI LIỆU THAM KHẢO
60
Trang 3
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang

Hình 1.1: Robot car 7

Hình 1.2: Robot dò mìn 8
Hình 1.3: Robot y học 9
Hình 2.1. At mega32 11
Hình 2.2. Lm35 12
Hình 2.3. Sơ đồ khối mô hình robot 13
Hình 3.1. Quá trình lan truyền song ngang 16
Hình 3.2. Sơ đồ chân atmega32 17
Hình 3.3. Sơ đồ cấu chúc bên trong atmega32 18
Hình 3.4. Sơ đồ khối USART 20

Hình 3.5. PT2262 21
Hình 3.6. Sơ đồ chân PT2262 22
Hình 3.7. Khung dữ liệu của PT2262 22
Hình 3.8. Sơ đồ khối PT2262 23
Hình 3.9. PT2272 24
Hình 3.10. Sơ đồ chân PT2272 25
Hình 3.11. Rs232 25
Hình 3.12. Cổng com 26
Hình 3.13. Lm35 30
Hình 3.14. Các kiểu nguồn Lm35 31
Hình 3.15. Sơ đồ chân của cảm biến nhiệt LM35 31
Hình 3.16. Cách mắc lm35 31
Hình 3.17. Camera 32
Hình 3.18: Bộ kết nối máy tính 33
Hình 4.1. Robot ban đầu 35
Hình 4.2. Sơ đồ mạch nguồn 36
Hình 4.3. Sơ đồ mạch Atmega32 37
Hình 4.4. Sơ đồ modul phát 38
Hình 4.5. Sơ đồ kết nối pt2262 38

Hình 4.6. Anten 39
Hình 4.7. Sơ đồ nguyên lý module thu vô tuyến 40
Hình 4.8. Sơ đồ kết nối pt2272 40

Hình 4.9. Mạch pt2262 41
Hình 4.10. Mạch lm324 42
Hình 4.11. Mạch Pt2272 43
Hình 4.12. Robot sau khi hoàn thành 44
Hình 4.13. Modul hope –rf(RF_TR) 44
Hình 4.14. Kết nối VDK và Rf 45

Hình 4.15. Config hope_rf 45
Hình 4.16. Mạch giao tiếp hope_rf và atmega32 46
Trang 4
Hình 4.17. Gamepess 47
Hình 4.18. Mạch rs232 47
Hình 4.19. Sơ đồ mạch cảm biến 48
Hình 4.20. Sơ đồ mạch opto cách ly 49
Hình 4.21. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ 49
Hình 4.22 Role 5V 50
Lưu đồ 1: Chương trình truyền dữ liệu từ máy tính xuống 51
Lưu đồ 2: Chương trình chính điều khiển robot 52
Lưu đồ 3: Sơ đồ khối hiển thị camera 53

Lưu đồ 5: Chương trình truyền nhiệt độ về 55







Trang 5

Chương 1
GIỚI THIỆU CHUNG

Trang 6
1.1 . Những khái niệm chung về robot
Ngày nay, người ta vẫn còn đang tranh cãi về vấn đề: “Một loại máy như
thế nào thì đủ tiêu chuẩn để được gọi là một robot? Một cách gần chính xác,
rôbốt phải có một vài (không nhất thiết phải đầy đủ) các đặc điểm sau đây:
- Không phải là tự nhiên, tức là do con người sáng tạo ra.
- Có khả năng nhận biết môi trường xung quanh.
- Có thể tương tác v
ới những vật thể trong môi trường.
- Có sự thông minh, có khả năng đưa ra các lựa chọn dựa trên môi trường
và được điều khiển một cách tự động theo những trình tự đã được lập trình
trước.
- Có khả năng điều khiển đuợc bằng các lệnh để có thể thay đổi tùy theo
yêu cầu của người sử dụng.
- Có thể di chuyển quay hoặc tịnh tiế
n theo một hay nhiều chiều.
- Có sự khéo léo trong vận động.
Theo những kỹ sư robot hình dáng bên ngoài của máy móc không quan
trọng bằng việc hoạt động của nó được điều khiển như cách nào. Hệ thống

điều khiển càng có tác dụng bao nhiêu, máy móc càng có khả năng được gọi
là rôbốt bấy nhiêu. Một đặc điểm tiêu biểu để phân biệt robot nữa đó là khả
năng đưa ra các lựa chọn. Càng có khả
năng đưa ra nhiều lựa chọn để giải
quyết một vấn đề bao nhiêu, robot càng được đánh giá cao.


Hình 1.1: Robot car.
1.2 Ứng dụng robot trong thực tế
Từ ngàn xưa, loài người đã biết sử dụng công cụ lao động trợ giúp nhằm
tăng năng suất lao động. Những công cụ thô sơ đồ đá ban đầu được dần thay
thế bằng đồ đồng, đồ sắt. Cùng năm tháng, máy móc ra đời để giải phóng con
người khỏi những lao động nặng nhọc, nguy hiểm. Cũng từ đ
ó nền công
nghiệp dần hình thành và phát triển.
Trang 7
Mức độ tự động hóa của những công cụ buổi ban đầu còn thấp, như
những cỗ máy chạy bằng hơi nước hay những máy tính to bằng một tòa
nhà…. Với sự phát triển như vũ bão của khoa học kỉ thuật, loài người đã tiến
bước sâu hơn vào khoảng không và vũ trụ xung quanh. Sự trợ giúp của máy
tính và kỉ thuật Robot cho phép con người có thể khám phá thế giới xung
quanh mà chỉ vớ
i những động tác click chuột. Từ những vi tế bào nằm sâu
trong cơ thể cho tới những hành tinh nằm cách xa, chúng ta vẫn có thể thấy
được, biết được, và có thể điều khiển được.
Những Robot ban đầu với tính năng đơn giản, thô sơ đã dần được thay thế
bằng những Robot mà đôi khi mắt người còn không phân biệt được đâu là
Robot, đâu là người thật.
Tính năng của Robot thì phụ
thuộc vào từng lĩnh vực cụ thể nhưng ở bất

kì lĩnh vực nào thì sự trợ giúp của nó cũng đáng kể. Nhưng đáng chú ý nhất
vẫn là công nghiệp, Robot có thể thay thế hoàn toàn con người ở những khâu
mang tính chu kỳ cần độ chính xác cao, đòi hỏi phức tạp, hay ở trong những
môi trường nguy hiểm : áp suất cao, phóng xạ, độc hại …


Hình 1.2: Robot dò mìn.
Với kĩ thuật tiên tiến hiện nay, con người có thể tạo ra những Robot đi sâu
vào lòng đất để tìm tài nguyên, nguồn năng lượng mới, khám phá vỏ trái đất
hay để truy tìm sự sống ngoài hành tinh mà với bản thân con người không thể
chịu được những điều kiện khắc nghiệt như vậy. Công nghệ không dây được
ứng dụng cho phép tạo ra những mô hình Robot nhỏ gọn, thông minh, linh
hoạt trên mọi địa hình. Bằng cách g
ắn thêm camera quan sát từ xa, người ta
có thể điều khiển chúng theo ý muốn, tạo hiệu quả công việc như mong
muốn. Một trong những hiệu quả mà công nghệ không dây đem lại là cho
phép con người có thể ngồi ở một nơi rất xa nhưng vẫn có thể điều khiển
được những công việc mà vẫn đạt hiệu quả cao, đảm bảo an toàn cho người
vận hành. Mà đặc biệt là những công việ
c nguy hiểm, môi trường khắc nghiệt,
có ảnh hưởng lớn về sức khỏe cũng như tính mạng con người : ở các lò phản
ứng hạt nhân, hầm mỏ sâu trong lòng đất, rà phá bom mìn, khám phá đại
dương, tìm kiếm sự sống bên ngoài trái đất… Hiện nay ở một số nước tiên
Trang 8
tiến, Robot với tính năng điều khiển từ xa có thể giúp đỡ việc nhà, chăm sóc
sức khỏe cho người bệnh hay hỗ trợ những tính năng cho người tàn tật… Với
những ưu điểm đó, công nghệ không dây ngày càng được ưa chuộng thể hiện
xu thế tất yếu của thời đại.

Hình 1.3: Robot y học.

Robot ngày càng quan trọng với con người và gần gũi với mỗi chúng ta,
nó thay thế ta làm mọi việc, từ nhưng việc nhỏ như hút bụi đến việc thây thế
con người chui xuống hầm sâu, hay cống nước để xử lý, mà trước đó do chính
bàn tay con người phải làm.
Trang 9















Chương II
TỔNG QUAN ĐỀ TÀI


Trang 10
2.1. Lý do chọn đề tài

Truyền dữ liệu không dây là một mảng lớn trong điện tử, dữ liệu được
truyền đi
có thể là tương tự cũng có thể là số. Trong truyền dữ liệu không
dây, hiệu quả nhất vẫn là
truyền bằng sóng điện từ hay sóng Radio, bởi
những ưu điểm là truyền ở khoảng cách xa, đa hướng, tần số hoạt động cao.
Em tận dụng khả năng của vi điều khiển về truyền nhận dữ liệu nối tiếp
nhờ vào bộ UART trong chíp. Vi điều khiển có khả năng thực hiện truyền
thông đa xử lý rất thích hợ
p cho việc truyền dữ liệu trong một hệ thống mạng
không dây.
2.2. Đặt vấn đề
Ngày nay, những ứng dụng của Vi điều khiển đã đi sâu vào đời sống
sinh hoạt và sản xuấtcủa con người. Thực tế hiện nay là hầu hết các thiết bị
điện dân dụng hiện nay đều có sự góp mặt của Vi Điều Khiển và vi xử lí. Ứng
dụ
ng vi điều khiển trong thiết kế hệ thống làm giảm chi phí thiết kế và hạ giá
thành sản phẩm đồng thời nâng cao tính ổn định của thiết bị và hệ thống.


Hình 2.1. At mega32.
Trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển: họ 8051 của Intel, 68HC11
của Motorola, Z80 của hãng Eilog, PIC của hãng Microchip, H8 của Hitachi,
vv và cuối cùng là AVR của hãng Atmel. AVR là họ Vi điều khiển khá mới
trên thị trường cũng như đối với người sử dụng. Đây là họ VĐK được chế tạo
theo kiến trúc RISC (Reduced Intruction Set Computer) có cấu trúc khá phức
tạp. Ngoài các tính năng như các họ VĐK khác, nó còn tích hợp nhiều tính
năng mới rất tiện lợi cho người thiết kế và lập trình.
Trang 11
Sự ra đời của AVR bắt nguồn từ yêu cầu thực tế là hầu hết khi cần lập

trình cho vi điều khiển, chúng ta thường dùng những ngôn ngữ bậc cao HLL
(Hight Level Language) để lập trình ngay cả với loại chip xử lí 8 bit trong đó
ngôn ngữ C là ngôn ngữ phổ biến nhất. Tuy nhiên khi biên dịch thì kích thước
đoạn mã sẽ tăng nhiều so với dùng ngôn ngữ Assembly. Hãng Atmel nhận
thấy rằng cần phải phát triển một c
ấu trúc đặc biệt cho ngôn ngữ C để giảm
thiểu sự chênh lệch kích thước mã đã nói trên. Và kết quả là họ vi điều khiển
AVR ra đời với việc làm giảm kích thước đoạn mã khi biên dịch và thêm vào
đó là thực hiện lệnh đúng đơn chu kỳ máy với 32 thanh ghi tích lũy và đạt tốc
độ nhanh hơn các họ vi điều khiển khác từ 4 đến 12 lần.
Vì thế nghiên cứu AVR là một đề tài khá lý thú và giúp cho sinh viên
biết thêm một họ vi điều khiển vào loại mạnh nhất hiện nay. Ngày nay công
nghệ không dây đang phát triển rất mạnh .
Với các thiết bị không dây ngày càng hiện đại cho phép người sử dụng
thỏa mãn những nhu cầu về giải trí, cũng như trong điều khiển sản xuất mà
không cần dây nối. Nó thực sự tiện ích và tạo cảm giác thoải mái cho người
sử dụng. Truyền tín hiệ
u số không dây là một đề tài có nhiều ứng dụng thực tế
nhất là trong lĩnh vực điều khiển từ xa và truyền số liệu. Đặc biệt với sinh
viên ngành điện tử, cũng như cơ điện tử.
2.3
. Mục đích đề tài
Ứng dụng công nghệ không dây điều khiển robot car, và cảm biến nhiệt
độ LM35. Kết hợp với máy tính ghi nhận sự thay đổi nhiệt độ và phân tích
đánh giá nhờ công nghệ truyền dữ liệu không dây.

Hình 2.2. Lm35.

2.4.Tổng quan về các khối
Ở Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ không dây và Robot điều khiển từ

xa chưa được rộng rãi. Hiện đại hóa công nghiệp là con đường phát triển của
đất nước, do đó việc ứng dụng kỉ thuật không dây vào nước ta chỉ là một sớm
Trang 12
một chiều, nắm bắt được trình độ khoa học kĩ thuật sẽ giúp chúng ta dễ dàng
tiếp cận với công nghệ của thế giới. Trên cơ sở đó em xin đề xuất mô hình
Robot điều khiển không dây bằng máy tính dưới đây :
Modul
hope_rf 1

Hình 2.3. Sơ đồ khối mô hình robot.
Trong đó:
- Máy tính đóng vai trò chủ đạo trong điều khiển mọi hành động của
Robot. Người điều khiển không c
ần quan sát trực tiếp Robot mà có thể ngồi
trước màn hình máy tính và ra lệnh thực thi, hình ảnh sẽ lấy từ camera gắn
trên Robot phản hồi về, và các thông số được robot thu thập.
- Chuẩn truyền thông nối tiếp RS232 cho phép khoảng các kết nối giữa
máy tính và thiết bị ngoại vi được xa, ít bị nhiễu tác động. Sự hỗ trợ của
MSCOMM trong VisualBasic giúp việc lập trình trở nên đơn giản, giao diện
sinh động, trực quan.
- Khối thu, phát sóng Radio là kênh liên l
ạc giữa máy tính và Robot
thực thi. Nó có tác dụng là chuyển tín hiệu điều khiển từ máy tính sang Robot
và thu nhận phản hồi từ Robot về máy tính.
- Khối thu thập số liệu, là cảm biến nhiệt độ, và lượng pin.
- Robot là đối tượng cần điều khiển trong sơ đồ.
Máy tính
Modul
hope_rf 2
Board điều

khiển
Camera
Cơ cấu chấp
hành
Max232

RF

Cảm biến
lm35
Nguồn
Trang 13
- Robot được thiết kế là robot car thực thi tất cả những hành động mà
người điều khiển ra lệnh cho nó.
- Với mô hình kín điều khiển trên cho phép ta có thể sử dụng Robot vào
nhiều lĩnh vực của cuộc sống không chỉ riêng công nghiệp.
- Qua đề tài này có thể ứng dụng trong việc điều khiển các thiết bị điện
dân dụng ở khoảng cách xa :
+ Tinh chỉnh thời gian ở các cột
đèn giao thông.
+ Thắp sáng hoặc tắt đèn đường.
+ Các thiết bị điện trong nhà: bơm, quạt, đèn…
+ Tiện nghi do điều khiển không dây đem lại giúp cho con người có
thể tiết kiệm về thời gian, tiền bạc, đặc biệt là tính chất nguy hiểm của
công việc, giả dụ như đề xuất cho Robot lau cữa kính ở các tòa nhà cao
tầng…

Trang 14














Chương III
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Trang 15

3.1. Sơ lược về vô tuyến điện từ
Trong chương này giới thiệu về sự ra đời của sóng điện từ, nguyên lí,
tính chất và quá trình truyền sóng trong không gian. Nhà toán học người
Scotland là James Cleck Maxwell ( 1831 – 1879 ), đã mở rộng các công trình
nghiên cứu của Michael Faraday và nhận thấy mối liên hệ khăng khít của điện
và từ làm cho loại sóng này có thể tồn tại. Các tính toán của ông cho thấy tốc
độ lan truyền của sóng gần bằng tốc độ ánh sáng trong chân không nên ông
nghi ngờ rằng chính ánh sáng cũng là một dạng sóng
điện từ. Nhưng mãi đến
năm 1888, Henrich Hezt đã chứng minh thuyết Maxwell qua thực nghiệm
bằng cách dùng điện phát ra sóng Radio và chứng minh được rằng bức xạ
Radio có các tính chất của sóng, do đó xác nhận những ý tưởng của Maxwell
và Faraday.
Bức xạ điện từ ( hay sóng điện từ ) là sự kết hợp của dao động điện
trường và từ trường vuông góc với nhau, lan truyền trong không gian như
sóng.
Sóng điện từ cũng bị lượng tử hóa thành những “ đợt sóng ” có tính chất
như các hạt chuyển động gọi là photon. Khi lan truyền, sóng điện từ mang
theo năng lượng, động lượng và thông tin. Sóng điện từ có bước sóng nằm
trong khoảng 400nm – 700nm có thể nhìn thấy được bằng mắt người gọi là
ánh sáng.


Hình 3.1. Quá trình lan truyền song ngang.
Trong chân không các thí nghiệm đã cho thấy sóng điện từ lan truyền với
tốc độ c = 3.10^8 m/s, thậm chí không phụ thuộc vào hệ quy chiếu, nó thay
đổi hoàn toàn quan điểm của cơ học cổ điển của Isaac Newton, thúc đẩy
Albert Einstein tìm ra lý thuyết tương đối. Sóng điện từ là sóng ngang, nó là
sự lan truyền của các dao động liên quan đến tính chất có hướng của các phần
tử, mà hướng dao động vuông góc với hướng lan truy

ền. Trong tương tác với
các hạt cơ bản, nguyên tử, phân tử; sóng điện từ phụ thuộc nhiều vào bước
Trang 16
sóng. Trong đó sóng Radio ít tương tác nhất vì có bước sóng ngắn, nó có khả
năng vượt qua khoảng cách dài mà không mất năng lượng nhiều do tương tác
nên được sử dụng nhiều trong truyền thông tin. Khi thu sóng bằng anten
người ta vận dụng sự tương tác giữa điện trường của sóng và các vật dẫn điện.
Các dòng điện sẽ dao động qua lại trong các vật dẫn điện dưới ảnh hưởng của
dao độ
ng điện trong sóng Radio.
Thuyết điện từ chỉ ra rằng ở đâu có điện trường biến thiên thì ở đó xuất
hiện từ trường, và ngược lại ở đâu xuất hiện từ trường biến thiên thì ở đó xuất
hiện điện trường. Đó là lí do mà sóng điện từ có thể lan truyền được trong
không khí. Dựa vào tính chất đó người ta phát minh ra kỉ thu
ật vô tuyến
truyền thanh (kĩ thuật Radio), là thiết bị ứng dụng chuyển giao thông tin
không dây, dùng cách biến điệu sóng điện từ có tần số thấp hơn tần số sóng
ánh sáng. Sóng Radio có tần số trong khoảng 3Hz – 300Ghz.
3.2. Sơ lược về ATMEGA32
3.2.1. Tổng quan về ATMEGA 32
AVR là một họ vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất (Atmel cũng là nhà
sản xuất dòng vi điều khiển 89C51 mà có thể bạn đã từng nghe
đến). AVR là
chip vi điều khiển 8 bits với cấu trúc tập lệnh đơn giản hóa-RISC (Reduced
Instruction Set Computer), một kiểu cấu trúc đang thể hiện ưu thế trong các
bộ xử lí.

Hình 3.2. Sơ đồ chân atmega32.
Lõi AVR kết hợp những tập lệnh với 32 thanh ghi làm việc với mục đích
chung. Cả 32 thanh ghi đều được kết nối trực tiếp đến ALU. Cho phép truy

Trang 17
suất 2 thanh ghi làm việc độc lập với chu kỳ máy. Với kiến trúc RISC này cho
phếp CPU làm việc nhanh gấp 10 lần kiến trúc CISC.




Hình 3.3. Sơ đồ cấu chúc bên trong atmega32.
AVR là họ vi điều khiển 8 bit theo công nghệ mới, với những tính năng
rất mạnh được tích hợp trong chip của hãng Atmel theo công nghệ RISC, nó
mạnh ngang hàng với các họ vi điều khiển 8 bit khác như PIC, Pisoc. Do ra
đời muộn hơn nên họ vi điều khiển AVR có nhiều tính năng mới đáp ứng tối
đa nhu cầu của người sử dụng, so với họ 8051 89xx sẽ có độ
ổn định, khả
năng tích hợp, sự mềm dẻo trong việc lập trình và rất tiện lợi.
Trang 18
-Tính năng mới của họ AVR:
- Giao diện SPI đồng bộ.
- Các đường dẫn vào/ra (I/O) lập trình được.
- Giao tiếp I2C.
- Bộ biến đổi ADC 10 bit.
- Các kênh băm xung PWM.
- Các chế độ tiết kiệm năng lượng như sleep, stand by vv.
- Một bộ định thời Watchdog.
- 2 bộ Timer/Counter 8 bit.
- 1 bộ Timer/Counter 16 bit.
- 1 bộ so sánh analog.
- Bộ nhớ EEPROM.
- Giao tiếp USART vv.
Atmelga32L có đầy đủ tính năng của họ AVR, về giá thành so với các

loại khác thì giá thành là vừa ph
ải khi nghiên cứu và làm các công việc ứng
dụng tới vi điều khiển. Tính năng:
- Bộ nhớ 32K(flash) . -1024 byte (EEPROM). - 2 K (SRAM).
- Đóng vỏ 40 chân , trong đó có 32 chân vào ra dữ liệu chia làm 4 PORT
A,B,C,D. Các chân này đều có chế độ pull_up resistors.
- Giao tiếp SPI - Giao diện I2C - Có 8 kênh ADC 10 bit.
- 1 bộ so sánh analog - 4 kênh PWM.
- 2 bộ timer/counter 8 bit, 1 bộ timer/counter1 16 bit.
- 1 bộ định thời Watchdog.
- 1 bộ truyền nhận UART lập trình được.
3.2.2.Mô tả chân linh kiện
VCC&GND Chân cấp nguồn cho VDK.
PortA(PA&…PA0).
Được dành riêng cho ngõ vào analog của bộ chuyển đổi ADC. Ngoài ra
PortA còn được s
ử dụng như 1 Port vào ra 2 hướng nếu bộ chuyển đổi ADC
không sử dụng. Mỗi chân của port A được cấp điện trở kéo bên trong. Bộ đệm
ngõ ra của Port A được điều khiển cho cả 2 khả năng, sink dòng và soure
dòng. Khi Port A sử dụng ngõ vào, chúng sẽ Soure dòng nếu điện trở kéo lên
bên trong tích cực.
Port B(PB7…PB0).
Port B được sử dụng như 1 Port vào ra 2 hướng với điện trở kéo lên bên
trong. Mỗi chân của Port B được cung c
ấp điện trở kéo lên bên trong. Bộ đệm
đầu ra của PortB được điều khiển cho cả 2 khả năng Sink dòng và soure dòng
nếu điện trở kéo lên bên trong tích cực. Ngoài ra, Port B còn có các chân để
load chương trình từ máy tính xuống.
Port C(PC7…PC0).
PortC được sử dụng như 1 Port vào ra 2 hương với điện trở kéo lên bên

trong. Mỗi chân của Port C được cung cấp điện trở kéo lên bên trong. Bộ đệm
Trang 19
đầu ra của Port C được điều khiển cho cả 2 khả năng Sink dòng và soure dòng
nếu điện trở kéo lên bên trong tích cực.
Port(PD7…PD0).
Port D được dùng như 1 Port vào ra 2 hướng với điện trở kéo lên bên
trong. Mỗi chân của Port D được cung cấp điện trở kéo lên bên trong. Bộ đệm
ngõ ra của Port D được điều khiển cho cả 2 khả năng, sink dòng và source
dòng. Khi Port D sử dụng như ngõ vào, chúng sẽ source dòng nếu điện trở
kéo lên bên trong tích cực.
RESET.
Ngõ vào Reset. Nếu mức Low đặt vào chân này dài hơn độ rộng xung tối
thiểu sẽ reset AVR. Cho dù không có xung clock
- XTAL1 & XTAL2 Ngõ vào ra của bộ dao động thạch anh.
- AVCC là chân cấp nguồn cho VDK hoạt động.
3.2.3. USART trong ATMEGA32
Bộ USART của vi điều khiển ATMEGA32 có thể họat động như một bộ
truyền nhận song công, có nghĩa là hoạt động truyền và nhận có thể tiến hành
đồng thời (nó chứa các thanh ghi truyền, nhận riêng lẻ).

Hình 3.4. Sơ đồ khối USART.
- Bộ phát tốc độ baud có thể tạo ra một số lớn tốc độ baud.
- Bộ nâng cao tốc độ baud tại tần số thạch anh thấp.
- Mỗi khung dữ liệu có thể có 5, 6, 7, 8 hoặc 9 bit dữ liệu và 1 hoặc 2 bit
stop.
Trang 20
- Hỗ trợ bộ kiểm tra bit chăn lẻ parity bằng phần cứng.
- Phát hiện trạng thái Overrun
- Phát hiện khung truyền bị lỗi.
- Lọc nhiễu, phát hiện lỗi bit start.

- Cho phép ba ngắt riêng biệt là TX Complete, TX Data Register Empty,
RX Complete.
- Trong truyền nhận bất đồng bộ hỗ trợ chức năng nhân đôi tốc độ.
3.3. Sơ lược về PT2262
PT2262 của hãng Priceton Technology được phát triển và ra đời sau
dòng mã hóa 12 E/D của hãng Holtek. Sản phẩm này có 2 dòng chính là: loại
có 8 địa ch
ỉ mã hóa, 4 địa chỉ dữ liệu và loại có 6 địa chỉ mã hóa, 6 địa chỉ dữ
liệu.



Hình 3.5. PT2262.
Tại Việt Nam sản phẩm chủ yếu là 8 địa chỉ mã hóa và 4 địa chỉ dữ
liệu.Khung mã hóa 12 bit theo dạng: A0A1A2A3A4A5A6A7D0D1D2D3,
PT2262 có 3^12 mã không trùng lặp hơn hẳn những tính năng của HT12E ra
đời trước nó chỉ có khả năng mã được 212 mã không trùng lặp.
Cách mã hóa được làm bằng cách nối các chân “mã hóa địa chỉ “ lên
dương nguồn (mã hóa +) bằng điện trở kéo lên hặc kéo xuống âm nguồn (mã
hóa) bằng cách nối xuống GND hoặc để trống chân mã hóa (mã hóa 0). 4
địa
chỉ dữ liệu D0D1D2D3 để tránh nhiễu khi truyền tốt nhất ta nên mã hóa (+)
hoặc mã hóa (-). Do đó ta có thể truyền một lúc song song 4 bit dữ liệu 0
(hoặc 1) lên một khung gồm : 12 bit trong đó 8 bit đầu là bit mã hóa địa chỉ và
Trang 21
4 bit sau là 4 bit dữ liệu. Tín hiệu encoder được đưa ra chân 17 của PT2262,
chân này có mức 1 khi PT2262 nghỉ làm việc và có mức 0 khi nó hoạt động.

Hình 3.6. Sơ đồ chân PT2262.
Một khung truyền dữ liệu bao gồm các thành phần tín hiệu sau:

Dạng sóng của các bít địa chỉ và dữ liệu

Hình 3.7. Khung dữ liệu của PT2262.
Tín hiệu đầu ra gồm : sóng mang dao động có tần số vào khoảng
700Khz + địa chỉ mã hóa + dữ liệu truyền .Tần số sóng mang được quyết định
bởi điện trở nối trên chân 15 và 16 : f= R/12 .
Trang 22
- Dựa vào tần số PT2262 ta có thể làm mạch phát và nhận hồng ngoại.
Điện áp làm việc trong diện rộng từ : 2,5V – 15V nhưng theo thực nghiệm tốt
nhất ta dùng ở khoảng 9V – 12V.

Hình 3.8. Sơ đồ khối PT2262.
Mạch được thiết kế cho Remote điều khiển và giao tiếp máy tính. Việc
mã hóa kênh truyền được thực thi bằng chương trình trong vi điều khiển,
tương ứng với các trạng thái hoạt động của Robot.
Dữ liệu 4 bit song song từ AVR sẽ được đưa vào các chân dữ liệu từ D0
đến D3 của PT2262 vàchân /TE sẽ được đưa vào chân TE của PT2262 để cho
phép PT2262 mã hoá. Tín hiệu từ Doutcủa PT2262 sẽ
đưa vào ngõ DATA IN
của module phát RF để điều chế và bức xạ ra ngoài.
3.4. Sơ lược về PT2272
- Tương tự như kiểu mã hóa địa chỉ và dữ liệu của PT2262, khung nhận
tương ứng gồm: 12 bit trong đó 8 bit đầu là mã hóa địa chỉ và 4 bit sau là dữ
liệu:
- Các chân mã hóa của PT2262 nối như thế nào thì các chân mã hóa từ
A0 → A7 của PT2272 cũng phải nối tương tự như vậy.
- Khi truyền một mã đúng mà PT2272 nhận được sẽ có một xung dương

phát ra trên chân 17.
- Bên phát dữ liệ
u được chuyển từ kênh nào thì tương tự bên thu cũng
thu được tín hiệu tương ứng trên kênh đó. Ví dụ: Khung phát là 12 bit :
101010101001 nghĩa là các chân địa chỉ mã hóa là : 10101010 còn dữ liệu
truyền đi sẽ là 1001, tương ứng bên thu ta nhận được từ chân D0D1D2D3 là
1001 nếu các chân địa chỉ tương tự là 10101010. Trên chân 15 và 16 gắn
Trang 23
thêm điện trở tạo dao động cho mạch. Trong mạch này gắn điện trở có giá trị
470K.



Hình 3.9. PT2272.
- Tại đầu ra của dữ liệu nhận được cho ta mức điện áp vào khoảng 3,75 –
3,9V nếu dữ liệu nhận được là mức 1.
- Khi kênh không được truyền hoặc dữ liệu truyền là 0 nó ở mức 0V.
Nếu ta lấy ngay mức tín hiệu đó về cho vi điều khiển xử lí sẽ nhận toàn là
mức 0, thỉnh thoảng nhận được mức 1 do dao động trên đầu vào của chân vi
đ
iều khiển. Điều đó sẽ làm sai lệch tín hiệu truyền đi.
- Để xử lí công đoạn này tiếp tục đưa vào bộ cách ly quang điện OP
PC817 để đưa ra mức 1 với chuẩn áp 5V mà vi điều khiển nhận diện được.
-Nhưng như thế khi kênh được truyền với giá trị 0 sẽ như thế nào ? Lúc
này bộ quan điện không làm việc, tại vị trí đầu vào c
ủa vi điều khiển lúc này
có mức trở kháng cao, hoặc sẽ có mức 0, hoặc sẽ có mức 1 do chương trình
qui định. Điều đó gây khó khăn cho quá trình nhận đầu vào.
- Do đó để đỡ phức tạp cho thuật toán xử lí ta tiếp tục cho qua một bộ so
sánh LM324 giống như cảm biến nhưng mức ưu tiên đầu ra xử lí là mức 1

tương ứng chỉ thị Led tắt, các chỉ thị còn l
ại sáng giống như chỉ thị của đầu ra
kênh dữ liệu D0 → D3 khi được truyền.
- Ta cũng lấy đầu ra của bộ so sánh LM324 về Port C của vi điều khiển
để xử lí tín hiệu truyền tương ứng với thao tác đầu ra trực quan của Robot.Từ
duy nhất một IC PT2262 với sự khác nhau ở “địa chỉ mã hóa “ ta có thể mở
Trang 24
rộng tới 3^8 IC thu PT2272 mà không nhẫm lẫn kênh truyền đầu ra. Tương
ứng ta có 3^8x4 dữ liệu được giải mã.


Hình 3.10. Sơ đồ chân PT2272.
- Việc tổ hợp các trạng thái dữ liệu ra cho phép ta xử lí gọn kênh truyền,
từ 4 bit dữ liệu ta có đến 2^4 = 16 kênh ra, tuy nhiên cần chú ý về truyền song
song.
- Trên lý thuyết ta có thể truyền song song đến 4 bit dữ liệu ra cùng lúc
nhưng do tính chất đường truyền là không gian nên ảnh hưởng của nhiễu làm
đầu thu không được như mong muốn. Để xử lí vấn đề này trong chương trình
ta cần đọc đi đọc lại nhi
ều lần tín hiệu đầu vào đó rồi mới đưa ra tình huống
xử lí.
3.5. Sơ lược về RS232
- Là bộ đệm giao tiếp giữa máy tính và VDK. Được thiết kế cả công in
và out, ổn định, trong khoảng cách tương đối.


a) b)
Hình 3.11. Rs232.
a). Rs232, b). Sơ đồ chân Rs232
Trang 25