bài báo cáo bài tập lớn vi xử lý -xe tự hành

Tài liệu được đăng trên website
1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG




BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
VI XỬ LÝ



Đề tài:
XE TỰ HÀNH





Giảng viên hướng dẫn: Võ Duy Thành
Sinh viên thực hiện :
Lớp :

Hà Nội, 11-2011



Tài liệu được đăng trên website
2

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VI XỬ LÝ

TÊN ĐỀ TÀI:XE TỰ ĐỘNG NHÓM SỐ: 2

ĐÁNH GIÁ VỀ ĐỀ TÀI

Các tiêu chí Điểm Hệ số Điểm
Lời nói đầu
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
X 1
Mô tả đề tài và sơ đồ khối
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
X 2
Chỉ tiêu hoàn thành của sản phẩm
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
X 2
Mô tả chi tiết hệ thống
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10
X 4
Tóm 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: Đóng góp của từng thành viên
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
X 2
Phụ lục B: Danh sách phần mềm
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
X 2
Cách thức trình bày
0 1 2
3 4 5 6 7 8 9
10
X3
Tổng
Tài liệu được đăng trên website
3


Nhận xét:

MỤC LỤC

Lời nói đầu 4
1.0 Giới thiệu về đề tài và sơ đồ khối 5
1.1 Lý do chọn đề tài
1.2 Giới thiệu về đề tài
1.3 Sơ đồ khối
5
6
7
2.0 Chỉ tiêu hoàn thành của sản phẩm 7
3.0 Mô 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

Tài liệu được đăng trên website
4

LỜI NÓI 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 ”.

Tài liệu được đăng trên website
5


1.0 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI VÀ SƠ ĐỒ KHỐI
1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

“Gần đây, ở Việt Nam đã xuất hiện một số máy thông minh, trong đó
đa số là robot công nghiệp được chế tạo thành công ở Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội, Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh, Trung tâm khoa học và
kĩ thuật quân sự thuộc Bộ Quốc phòng Đó là những robot hỗ trợ việc cấp
phôi, robot cấp than cho máy nghiền, robot mini bốn bậc tự do dùng trong
đào tạo và lắp ráp nhỏ Viện Cơ học thuộc Trung tâm khoa học tự nhiên và
công nghệ quốc gia và một số đơn vị khác cũng đang nghiên cứu và đã mô
phỏng trên máy tính các robot cơ cấu điều kiện song song, robot di động. “
(Trích báo điện tử Hà Nội Mới);

Robot có vai trò rất quan trọng trong đời sống hiện nay đặc biệt là những
ứng dụng của nó trong sản xuất kinh tế, quốc phòng…Tuy nhiên công nghệ
chế tạo robot là 1 nghành còn khá mới mẻ với Việt Nam nên việc phát triển
nghành công nghiệp này để bắt kịp với các nước phát triển khác là 1 điều vô
cùng quan trọng.
Bên cạnh đó, VDK là một môn học còn khá xa lạ đối với sinh viên nên việc
tìm hiểu lý thuyết kết hợp với thực hành là rất cần thiết và bổ ích. Họ VDK
8051 là họ vi điều khiển cơ bản rất thích hợp cho mọi người mới bắt đầu làm
quen với VDK. Qua việc thực hiện giao tiếp giữa VDK với động cơ, cảm
biến, phím bấm, LCD sẽ giúp chúng ta phần nào hiểu được cấu trúc cơ bản
của VDK. Những kiến thức cơ bản đó sẽ làm nền tảng giúp chúng ta có thể
tìm hiểu về các loại VDK khác.

Tài liệu được đăng trên website
6


1.2 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Sản phẩm là 1 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.
Đề tài của nhóm chúng em là chế tạo sản phẩm xe tự động.Chức năng của
sản phẩm là thực hiện việc di chuyển từ điểm xuất phát đến 1 điểm bất kỳ
trên sân, từ đó thực hiện các đường đi cụ thể trên sân.VDK sử dụng trong đề
tài là VDK họ 8051.Đây là họ VDK cơ bản thích hợp cho những người mới
tìm hiểu về VDK. Đề tài chủ yếu giúp sinh viên làm quen với các chức năng
cơ bản của VDK thông qua các giao tiếp với cảm biến, động cơ, LCD, phím
bấm…Hướng phát triển của đề tài là có thể cải tiến sản phẩm thành 1 chiếc
xe đa năng thông minh, có thể thực hiện được mềm dẻo các nhiệm vụ.(Ví dụ
như có thể cải tiến cho xe có thể tự chọn đường đi tối ưu nhất )

Ti liu c ng trờn website
7

1.3 S KHI


S khi ca h thng



2.0 CC CH TIấU CA SN PHM
+V chc nng:
Hệ thống điều khiển trớc hết phải có khả năng giao tiếp với ngời 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 đợc thiết kế thân thiện với ngời sử
dụng.
Hệ thống điều khiển phải có khối cung cấp nguồn ổn định.
Hệ thống có thể nhận đợc các tín hiệu báo nhận đờng đi.
Ti liu c ng trờn website
8

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 nh 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 hng phỏt trin sau ny nh ci tin thnh 1 robot thụng minh hn
na.
+V cht lng sn phm: kt cu c khớ p, chy n nh, cú th thớch
nghi vi cỏc mt sõn khỏc nhau.
+V kinh phớ: di 300K
+V thi gian hon thnh: hon thnh trc ch tiờu 1 tun.

3.0 Mễ T CHI TIT TI
* Tờn sn phm:xe t ng
VDK s dng: AT89S52
* Chc nng: thc hin vic di chuyn t ng n im ó nh sn v cỏc
ng di chuyn khỏc nhau.
* Cỏc khi c bn ca sn phm:
3.1Khi ngun
Trong khi ngun chỳng ta s dng 1 bỡnh c quy khụ 12V.Mt khỏc h
thng diu khin cn phi cú ngun 0V v 5V cung cp cho khi VDK v
khi cm bin.Ngun 0V ca h thng ta s dung chung vi ngun 0V ca
Ti liu c ng trờn website
9

khi iu khin ng c, v c ly trc tip t ngun ca c quy.Cũn
to ngun 5 VDC chỳng ta s dng IC n ỏp 7805, vi u vo gm t
chung ca ton h thng v ngun 12 VDC ly trc tip t ngun c quy.
Nh vy tõ cú th xõy dng c s khi ngun nh sau:

Trong mch ngun ny ta dung ngun t chung cho ton h thng nờn
chỳng ta dựng mt cu chỡ cho ng ngun t bo v mch chng quỏ
ti. ng thi ti u vo cng nh ti u ra chỳng ta u dung cỏc t lc
õm tn v cao tn.
Trờn mch ngun chỳng ta cng mc them diot LED u ra v u vo
bỏo hiu ó cú ngun ra v ngun vo.

3.2 Khi 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
Ti liu c ng trờn website
10

nhau, trong khi các cổng xuất nhập dữ liệu của nó là hạn chế, chính vì vậy ta
chọn phơng 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:
Nh vậy vi điều khiển trung tâm sẽ nhận dữ liệu từ khối cảm biến, bao gồm
các tín hiệu báo nhận về đờng đi và tín hiệu báo nhận kết thúc các quá trình
cơ khí, sau đó sẽ xử lý dữ liệu nhận đợc để đa các quết định điều khiển mô
tơ xuống khối mô tơ. Đồng thời cho hiển thị ra trạng thái của hệ thống.

Tài liệu được đăng trên website
11

Tài liệu được đăng trên website
12

3.3 Khối cảm biến:
Khối cảm biến gồm các tín hiệu cảm biến bằng tiếp giáp cơ báo hết hành
trình động tác và các cặp cảm biến hồng ngoại phát và quang trở.
Một đầu cảm biến phát ra bức xạ hồng ngoại đầu còn lại thu lấy bức xạ,
lượng tìn hiệu thu được phụ thuộc rất nhiều vào độ bong, màu sắc của bề
mặt phản xạ. Độ bóng càng lớn, màu càng sang thì độ phản xạ càng nhiều,
tín hiệu thu được càng lớn và ngược lại. Tín hiệu thu được ở đầu ra cảm biến
thu được chỉ là tín hiệu tương tự, để VDK có thể xử lý được tín hiệu này, thì
tín hiệu thu được cần qua một mạch so sánh mức. Ở đây ta sử dụng một
mạch khuyếch đại thuật toán, được tích hợp trong IC LM324, với điện áp
cung cấp là 5V, khi đó đầu ra của mạch khuyếch đại thuật toán sẽ là mức 0
hoặc 5V tương thích với tín hiệu đầu vào. Để thay đổi mức điện áp so sánh
ta di chuyển con chạy trên biến trở phân áp.
Trên mặt sân tại vạch đen ta thu được tín hiệu có điện áp ra là a V và tại nền
ta thu được tín hiệu điện áp là b V thì ta điều chỉnh điện áp ngưỡng phù hợp
sao cho hai mức điện áp ra tương ứng là 0V và 5V để nhận biết được vạch
đen.





Ti liu c ng trờn website

13







3.4 Khi ng c:
Gm 2 ng c ghộp ni vi VDk thụng qua L298.L298 l linh kin cú tỏc
dng o chiu ng c. Khi ng c cú tỏc dng trc tip n vic thc
hin cỏc chc nng ca sn phm nh vic nhn cỏc tớn hiu iu khin t
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
Ti liu c ng trờn website
14

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 đợc tích hợp hai mạch cầu H bên trong, và có sơ đồ khối
nh ta thấy dới đây.


Mỗi cầu H trong IC L298 đợc điều khiển bởi 3 tín hiệu In1, In2, EnA tơng
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 nh 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
Ti liu c ng trờn website
15

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 hớng tiến)
0 1 1 Dir_Backward (quay hớng lùi)
0 0 1 Dir_ Hold (dừng và chập hai đầu moto)

0 0 0 Dir_Stop (dừng và thả trôi moto)

Tài liệu được đăng trên website
16





KẾT LUẬN
Có thể nói với tốc độ phát triển của công nghệ hiện nay thì việc nghiên cứu
và chế tạo robot là vô cùng quan trọng. Điều này góp 1 phần đáng kể trong
việc nâng tầm mọi ngành lên 1 tầm cao mới.
Đây là 1 điều thúc đẩy các sinh viên càng phải tích cực học tập, nghiên cứu,
và sáng tạo hơn nữa để góp phần đưa nền công nghệ nước nhà phát triển
mạnh mẽ và vững chắc.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Cấu trúc và lập trình họ VDK 8051 Nguyễn Tăng Cường,
Phan Quốc Thắng
2. Các mạch robot và lập trình của các đội BKPro, BKBamboo……
3. Các trang web

Tài liệu được đăng trên website
17

o/


http://www.đienandientu.com