Thiết kế mô hình ô tô chạy bám đường (vạch)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
THÁI NGUYÊN

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
Đề tài: Thiết kế mô hình ô tô chạy bám đường (vạch)
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THANH

Thái nguyên ngày 27 tháng 10 năm 2013
1
MỤC LỤC
2
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay điều khiển tự động đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu được
của con người. Dưới sự xuất hiện của các học thuyết và các ứng dụng cụ thể trong
đời sống hàng ngày, có thể nói điều khiển tự động đang chi phối dần cuộc sống của
chúng ta. Con người đang cố gắng sáng tạo ra các con robot có khả năng làm việc
thay cho con người. Chúng ta thường bắt gặp các con robot trong các dây chuyền
công nghiệp sản xuất tự động hay robot giúp việc trong gia đình. Để tìm ra các ý
tưởng sáng tạo hay hàng năm đề diễn ra cuộc thi robocon châu á Thái Bình Dương
đó là tiền đề để tạo ra những con robot có khả năng áp dụng vào thực tế.
Cũng chính vì mục đích đó mà nhóm em thực hiện bài tập lớn thiết kế xe dò
đường. Nó là bước khởi đầu trong lập trình robot để robot có thể thực hiên các
công việc tiếp theo. Đây chỉ là một công việc nhỏ của của việc thiết kế điều khiển
robot nhưng quá trình thiết kế và thi công đề tài nhóm em rút ra được rất nhiều
kinh nghiệm thực tiễn quý báu. Mục đích của đề tài hướng đến là tạo ra bước đầu
cho sinh viên thử nghiệm những ứng dụng của vi điều khiển trong thực tiễn để rồi
từ đó tìm tòi, phát triển nhiều ứng dụng khác trong đời sống hàng ngày cần đến.
Mặc dù đã cố gắng hết sức mình để hoàn thành xong bài tập lớn môn học
bằng các kiến thức đã học, một số sách tham khảo và một số nguồn tài liệu khác
nhưng cũng không tránh khỏi những thiếu sót. Do vậy, chúng em rất mong được sự

góp ý quý báu của thầy cô và các bạn để đề tài có thể hoàn thiện ở mức cao nhất.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !
3
Chương 1
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ
1.1. Khái quát chung
Ngày nay với sự phát triển mạng mẽ của khoa học - kỹ thuật thì tự động hóa
trong sản xuất cũng như trong đời sống hằng ngày càng được phát triển và hoàn
thiện. Trong đó robot đã có một vị trí quan trọng không thể thay thế được, nó giúp
con người làm việc trong những điều kiện nguy hiểm khó khăn, từ những công
việc đơn giản đến những việc đòi hỏi sự chính xác cao. Tầm quan trọng của robot
đối với cuộc sống của loài người và khả năng chinh phục thiên nhiên đã dẫn tới sự
phát triển vượt bậc của ngành công nghệ này. Đặc biệt lĩnh vực robot di động đang
ngày càng được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu và xã hội. Robot dò đường là
vấn đề thiết yếu của robot di động.
Chính bởi những ứng dụng rộng rãi đó và sự phát triển đồng thời để tiếp cận
với những kiến thức ban đầu về robot nên nhóm đã lựa chọn đề tài “ Thiết kế ô tô
dò đường bám theo vạch đen trên nền trắng”. Đề tài của nhóm đặt ra là thiết kế và
chế tạo một robot tự động có khả năng di chuyển theo một đường đã định sẵn. Cụ
thể ở đây là chiếc xe dò đường tự động.
1.2. Yêu cầu công nghệ
Thiết kế xe dò đường bám theo vạch đen trên nền trắng (Bề rộng vạch 2 cm,
các góc cua lớn hơn 90 độ).
Những yêu cầu được đặt ra ở đây là hệ thống điều khiển trước hết phải có
khả năng giao tiếp với người điều khiển. Tức là phải cho phép thiết lập và thay đổi
hệ thống và hiển thị trạng thái của hệ thống.
Hệ thống phải có bộ nguồn ổn định để cung cấp năng lượng hoạt động cho
hệ thống trong một khoảng thời gian nhất định nào đó. Khi tiến hành thay thế
nguồn mới hoặc nạp năng lượng phải dễ dàng và tiện lợi.
Hệ thống có khả năng nhận được tín hiệu báo nhận đường đi.

Hệ thống có khả năng điều khiển được tốc độ của bánh xe robot một cách
linh hoạt để từ đó có thể mở rộng thêm chức năng điều khiển tốc độ của robot về
sau này.
4
5
1.3. Sơ đồ khối hệ thống
Hình 1: ơ đồ khối chức năng.
Nguyên lý hoạt động chung của sơ đồ khối: Từ ý tưởng thiết kế và một sơ đồ
khối như trên, ta có thể hiểu một cách vắn tắt và ngắn gọn về quá trình hoạt động
của mạch. Khi cấp nguồn cho toàn mạch, cảm biến được kích thích bởi ánh sáng .
Nó thực hiện biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện áp và đưa tới bộ điều
khiển động cơ. Bộ điều khiển động cơ nhận tín hiệu từ bộ cảm biến và xử lý. Tín
hiệu ra được đưa tới điều khiển 2 động cơ 1, 2 làm cho các động cơ này quay và xe
chạy.
Kết luận: Sau quá trình nghiên cứu, tìm hiểu của cả nhóm về các ứng dụng
cũng như sơ đồ cấu tạo của robot, nhóm em thấy chúng có rất nhiều ứng dụng phổ
biến trong đời sống hàng ngày cũng như trong công nghiệp nên nhóm em đã đưa ra
quyết định, đó là thực hiện thiết kế “Robot dò đường tự động”.
6
Chương 2
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Trên thực tế, với một đề tài nghiên cứu thì chúng ta phải đưa ra được các
phương án thiết kế và trong quá trình phân tích, tính toán chúng ta phải đưa ra
được các ưu, nhược điểm của các phương án từ đó có thể chọn ra một phương án
tối ưu nhất. Qua việc tìm hiểu trong các tài liệu nhóm đã phân tích được sơ lược về
các ưu, nhược điểm của những phương án trên và đưa ra lựa chọn phù hợp cho bài
thiết kế của mình.
2.1. Khối cảm biến dùng hồng ngoại
2.1.1. Giới thiệu về tia hồng ngoại
Như chúng ta đã biết, ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng

không thể nhìn thấy được bằng mắt thường, có bước sóng trong khoảng từ 0,86 µm
đến 0,98 µm. Tia hồng ngoại có tốc độ truyền bằng với tốc độ ánh sáng.
Tia hồng ngoại có thể truyền đi trên nhiều kênh tín hiệu, lượng thông tin
truyền có thể đạt 3Mb/s, lớn hơn rất nhiều so với sử dụng sóng điện từ và được
ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.
2.1.2. Nguyên lý hoạt động
Bộ phát hồng ngoại nhận nhiệm vụ phát tia hồng ngoại, tia hồng ngoại khi
gặp khoảng trắng sẽ phản xạ, bộ thu hồng ngoại thu được tia phản xạ sẽ thực hiện
chuyển đổi cho tín hiệu đầu ra đi tới khối xử lý. Khi bộ phát hồng ngoại gặp
khoảng tối, tia hồng ngoại không được phản xạ dẫn tới bộ thu hồng ngoại sẽ không
thu được tia hồng ngoại, từ đó không có tín hiệu đầu ra đi tới khối xử lý.
2.1.3. Ưu điểm
• Khả năng hoạt động tương đối ổn định.
• Tốc độ truyền nhận thông tin nhanh.
• Ít bị nhiễu.
2.1.4. Nhược điểm
• Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ.
7
• Linh kiện để thiết kế mạch tương đối nhiều, dẫn đến giá thành để
thiết kế hoàn chỉnh một mạch đếm bằng bộ thu phát hồng ngoại là
tương đối cao.
• Mạch nguyên lý tương đối phức tạp, khiến cho việc thiết kế sẽ gặp
khó khăn.
2.2. Khối cảm biến dùng quang trở
2.2.1. Giới thiệu về Quang trở
Quang trở là thiết bị có giá trị điện trở thay đổi phụ thuộc vào cường độ ánh
sáng chiếu vào.

Hình 2: Hình dáng và cấu tạo quang trở.
2.2.2. Nguyên lý hoạt động

Trước tiên chúng ta cần 1 led siêu sáng làm nhiệm vụ phát ánh sáng vào
quang trở. Khi gặp khoảng trắng, led siêu sáng sẽ phản xạ ánh sáng, quang trở gặp
tia phản xạ dẫn tới giá trị điện trở giảm mạnh từ đó cho dòng đi qua, tín hiệu tại
đầu ra của quang trở được đưa tới khối xử lý. Khi gặp vùng tối, ánh sáng từ led
không được phản xạ do đó quang trở không nhận được ánh sáng chiếu vào, điện
trở của quang trở rất lớn khiến dòng không đi qua quang trở dẫn tới không có tín
hiệu đầu ra đưa tới khối xử lý.
2.2.3. Ưu điểm
• Giá thành rẻ, phổ biến.
8
• Mạch nguyên lý tương đối đơn giản, dễ dàng cho quá trình thiết
kế.
2.2.4. Nhược điểm
• Do giá trị điện trở không ổn định nên việc tính toán thông số đôi
khi gặp khó khăn.
• Nhạy cảm với ánh sáng nên tín hiệu dễ bị nhiễu.
Kết luận: Trên đây là 2 phương án thiết kế bộ cảm biến được sử dụng tương
đối phổ biến. Sau quá trình phân tích ưu - nhược điểm nhóm em đã chọn phương
án 2, đó là “sử dụng quang trở làm bộ cảm biến”, vì:
• Những nhược điểm của nó có thể tự khắc phục được để mạch hoạt
động được ổn định, hiệu quả.
• Việc thiết kế phù hợp với những kiến thức đã học trong giáo trình.
Giá thành thiết kế mạch không cao.
• Độ bền cao, có khả năng ứng dụng trong thực tiễn cao.
• Mạch đơn giản, dễ thực hiện.
• Linh kiện dễ tìm kiếm.
9
2.3. Khối điều khiển động cơ dùng LM358
LM358 là một IC gồm 2 vi mạch thuật toán nằm trong cùng một vỏ. Vi
mạch thuật toán tiêu chuẩn là loại vi mạch đợn khối tích hợp lớn được chế tạo

theo công nghệ màng mỏng. Nhờ khả năng tích hợp lớn nên vi mạch này được ứng
dụng rộng rãi trong thực tế.
Hình 3 Sơ đồ chân IC LM358.
2.3.1. Ưu điểm
• Giá thành rẻ, phổ biến.
• Việc thiết kế phù hợp với những kiến thức đã học trong giáo trình
• Làm việc tốt ở mức điện áp đến 5VDC.
• Không cần bù tần số, tăng độ ổn định ở chế độ làm việc tuyến
tính.
10
• Có bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ quá tải.
• Không bị khóa nếu tín hiệu đưa vào không thích hợp.
• Mạch nguyên lý tương đối đơn giản, dễ dàng cho quá trình thiết
kế.
• Linh kiện dễ tìm kiếm, mạch đơn giản có khả năng ứng dụng cao
trong thực tế.
2.3.2. Nhược điểm
• Không có nhiều phát triển cho việc thiết kế mở rộng nhiều chức
năng hơn.
• Hệ số nén dòng pha lớn.
• Công suất nhỏ.
2.4. Khối động cơ
Với khối này chúng ta có thể thiết kế dùng động cơ DC 12V hoặc là 5V, cả
2 động cơ này đều có đặc điểm giống nhau nhưng trong bài nhóm em chọn phương
án thiết kế dùng động cơ 5V vì: Nó phù hợp với kích thước mạch nhỏ gọn, phù
hợp công suất sử dụng của mạch.
Hình 4 Hình dạng động cơ 5V
11
2.5. Khối nguồn
Để cung cấp nguồn một chiều cho các khối trong mạch hoạt động nhóm em

sử dụng nguồn 6V được tạo ra bởi 4 quả pin tiểu mỗi quả có giá trị 1.5V.
Hình 5: Pin 6V
12
Chương 3
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.1. Bộ phận cảm biến
3.1.1. Quang trở
Hình ảnh thực tế
Hình 6 Linh kiện quang trở.
Các cảm biến điện trở là thiết bị có điện trở phụ thuộc vào thông lượng bức
xạ và phổ bức xạ của ánh sáng chiếu vào. Quang trở là một trong những cảm biến
có độ nhạy cao. Nguyên tắc chế tạo quang trở dựa trên hiện tượng quang dẫn do
kết quả của hiệu ứng quang điện trong.
a. Cấu tạo
Quang trở thường được cấu tạo từ các chất bán dẫn đa tinh thể đồng nhất
hoặc đơn tinh thể, bán dẫn riêng hay bán dẫn pha tạp chất.
Đa tinh thể : CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe,….
Đơn tinh thể : Ge, Si tinh khiết hoặc pha tạp Cu, Sb, SbIn ,…
Tùy theo cấu tạo mà quang trở có phổ làm việc khác nhau.
b. Giá trị điện trở
Một quang trở có giá trị điện trở tương đương với hai điện trở ghép song
song gồm điện trở tối R
co
và điện trở R
cp
được xác định bởi hiệu ứng quang điện
khi ánh sang tác động.
Giá trị điện trở tối phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo, dạng hình học, kích thước
và nhiệt độ.
Giá trị điện trở R

cp
được xác định theo biểu thức:
R
cp
=
-y
(3.1)
13
Trong đó: a phụ thuộc vào vật liệu, nhiệt độ và bức xạ ánh sáng.
y có giá trị từ 0.5 1.

Giá trị điện trở quang trở được xác định:
R
c
= (3.2)
Thông thường R
cp
<< R
co
nên R
c
R
cp
, nghĩa là giá trị điện trở của cảm
biến phụ thuộc mạnh vào ánh sáng , giá trị điện trở giảm mạnh khi độ rọi tăng lên.
3.1.2. Sơ đồ nguyên lý
Hình 7: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến.
3.1.3. Tính toán và thiết kế khối cảm biến
Từ sơ đồ nguyên lý trên, ta có thể phân tích được nguyên lý hoạt động của
khối cảm biến. Và điều tối thiểu cần thiết cho việc phân tích nguyên lý hoạt động

của khâu cảm biến trên là cần phải biết được nguyên lý và cách thức hoạt động của
quang trở. Nói ngắn gọn, quang trở là một điện trở có trị số thay đổi phụ thuộc vào
cường độ ánh sáng chiếu vào nó. Điện trở đó tỉ lệ nghịch với cường độ ánh sáng
chiếu vào.
Đối với đề tài này, nhóm em cũng đã tìm hiểu, nghiên cứu và khảo sát thực
nghiệm thì thấy được rằng, khi được cấp ánh sáng đèn LED thì giá trị của quang
trở vào khoảng 100Ω. Và ngược lại, khi không có ánh sáng chiếu vào quang trở thì
nó có giá trị khá cao, vào khoảng 100KΩ. Từ đó, chúng ta có thể phân tích và tính
toán được điện áp đầu vào và đầu ra của bộ cảm biến.
14
Như sơ đồ nguyên lý trên, chúng ta sẽ cố định đầu vào đảo của IC so sánh (ở
đây dùng LM324) luôn là một giá trị không đổi, và nó được xác định là:
V
-
=
32
R3×
RR
Vin
+
=
3^10)1010(
10^3 ×10×9
×+
= 4.5 (V) (3.3)
Như vậy, chúng ta muốn điều khiển đầu ra của khâu so sánh thì chỉ cần xác
định và điều chỉnh đầu vào dương của bộ so sánh. Bởi theo nguyên lý hoạt động
của IC so sánh điện áp LM324 thì đầu ra của bộ so sánh sẽ ở mức logic cao khi
điện áp đầu vào dương lớn hơn điện áp đầu vào âm. Và ngược lại, đầu ra của bộ so
sánh sẽ ở mức thấp khi điện áp đầu vào dương nhỏ hơn điện áp đầu vào âm. Vì

vậy, dựa vào nguyên lý này thì chúng ta hoàn toàn có thể điều khiển ngưỡng điện
áp cho lối vào dương thông qua giá trị của quang trở.
Từ các lý thuyết và thực tiễn như trên, ta có một số tính toán như sau:
• Khi quang trở không được cấp ánh sáng:
Lúc này, giá trị của quang trở vào khoảng 100KΩ. Khi đó ta có thể dễ dàng
tính được giá trị của điện áp lối vào dương theo công thức sau:
V
+
=
1
1R ×
RR
Vin
+
=
10^3 ×)10100(
10^3 ×10 ×9
+
=0.818(V) (3.4)
 V
+
< V
-
 Tín hiệu logic ở đầu ra của bộ so sánh sẽ ở mức thấp.
• Khi quang trở được cấp ánh sáng:
Khi đó, giá trị của quang trở khoảng 100Ω, ta tính được điện áp đầu vào
dương theo công thức tính điện áp phân áp như sau:
V
+
=

1
1R×
RR
Vin
+
=
00110^3×10
3^10×10×9
+
= 8.18 (V) (3.5)
 V
+
> V
-
 Tín hiệu logic ở đầu ra của bộ so sánh sẽ ở mức cao.
Như trên, nhóm em đã có thể tính toán được tín hiệu đầu vào và đầu ra của
bộ cảm biến và bộ so sánh, cũng từ đó kiểm soát được toàn bộ hoạt động của động
cơ.
3.1.4. Nguyên lý hoạt động của bộ cảm biến
15
Khi có ánh sáng thì điện trở của quang trở sẽ giảm và ngược lại, điện trở của
nó thay đổi cỡ từ 100Ω (khi có ánh sáng) đến 100KΩ (khi không có ánh sáng), ta
sử dụng 2 led phát làm nguồn sáng cho quang trở.
Ánh sáng đèn led khi gặp nền trắng, phản xạ lên quang trở làm điện trở nó
giảm xuống và khi gặp vạch đen (băng keo đen) thì ánh sáng sẽ khó phản xạ nên
quang trở nhận ít ánh sáng nên điện trở tăng. Từ đó dựa vào 2 quang trở, robot có
thể phân biệt được vạch đen trên nền trắng (dưới sự hỗ trợ của OPAM so sánh).
Hình 8: Bộ phận cảm biến.
3.2. Khối điều khiển động cơ
3.2.1. Bộ so sánh dùng Opamp LM358

Hình 9: Hình dạng IC LM358
16
OPAMP đúng như tên gọi của nó, người ta gọi nó là mạch khuếch đại thuật
toán, vì với kết cấu của nó, chỉ bằng sự thay đổi các linh kiện bên ngoài người ta
có thể làm được rất nhiều bài toán khác nhau : cộng, trừ, vi phân, tích phân,
Từ việc dùng cho mạch tính toán trong các máy tính tương tự ngày xưa,
người ta phát hiện ra có thể dùng nó được trong rất nhiều lĩnh vực như khuếch đại,
so sánh, chuyển đổi tín hiệu
LM358 là một IC so sánh gồm 2 bộ khuếch đại thuật toán (OPAMP) độc lập
giống hệt nhau được đặt trong cùng một vỏ bọc.
Nguyên lý so sánh:
Ngõ vào của OPAMP gồm cực (+) và cực (-), tín hiệu vào cực (+) lấy từ ngõ
ra của phần thu cảm biến, tín hiệu vào cực (-) lấy từ nút kết nối giữa 2 điện trở
10KΩ mắc nối tiếp (cầu phân áp ). Khi đó :
• Nếu V+ > V- thì ngõ ra của OPAMP là ~ 5V ( mức logic 1).
• Nếu V+ < V- thì ngõ ra của OPAMP là ~ 0V ( mức logic 0).
3.2.2. Transistor
Hình 10: Hình dạng và các chân transistor.
Mạch gồm 2 transistor công suất nhỏ để điều khiển cấp dòng cho động cơ,
điện áp ra từ bộ so sánh OPAMP đưa vào cực B của transistor điều khiển transistor
đóng mở. Khi điện áp ra bộ so sánh là dương (mức logic 1) sẽ kích transistor dẫn,
dòng điện được đưa tới điều khiển động cơ hoạt động. Ngược lại, khi điện áp ra bộ
so sánh là 0 (mức logic 0), transistor cấm, động cơ không hoạt động do không
được cấp dòng.
3.3. Khối nguồn
Khối nguồn dùng để cũng cấp nguồn và dòng cho toàn mạch.
17
Tùy thuộc vào yêu cầu của bài toán mà ta có thể tính toán để sử dụng khối
nguồn một cách hợp lý. Có thể sử dụng các ác quy hay máy biến áp để biến đổi
điện áp xoay chiều 220V sang các điện áp mong muốn sử dụng các mạch chỉnh lưu

để đưa điện áp xoay chiều về một chiều sử dụng các bộ lọc để cho điện áp được ổn
định.
Ở đây nhóm em sử dụng nguồn gồm 4 quả pin mỗi quả có điện áp 1.5V giúp
tạo điện áp 6V cấp cho mạch. Khi tính toán thiết kế thì với điện áp là 6V thì có thể
cho phép mạch chạy tương đối ổn định.
3.4. Động cơ DC
3.4.1. Giới thiệu về động cơ DC
Motor thực chất là một động cơ DC có nhiệm vụ chuyển đổi điện năng thành
cơ năng. Hai motor ta sẽ gắn với 2 bánh sau, phía trước gắn 1 bánh xe có thể đổi
hướng.
Motor DC hoạt động khi ta cấp 1 điện áp DC vào motor và 1 dòng điện 1
chiều chạy qua motor, motor sẽ quay theo chiều đó.
Hình 11: Động cơ DC quay phải
Nếu chúng ta đổi chiều điện áp 1 chiều này thì motor sẽ quay ngược lại.
Hình 12: Động cơ DC quay trái.
18
Ở đây, động cơ có lắp thêm bộ phận giảm tốc. Nó có tác dụng:
• Quang trở có phản ứng chậm, nếu dùng động cơ có tốc độ quay cao robot sẽ không
phản ứng kịp để điều chỉnh hướng đi.
• Dòng cấp bởi transistor không lớn, nếu động cơ không có bộ giảm tốc có thể sẽ
không hoạt động đúng công suất gây cháy transistor.
Cấu tạo của bộ giảm tốc gồm các bánh răng và mỗi bánh răng có 2 vòng,
đường kính bánh răng khác nhau để thay đổi tốc độ của động cơ một vòng nhỏ và
một vòng lớn, vòng nhỏ được ghép với động cơ vòng lớn ghép với trục của bánh
xe. Ở đầu motor cũng có bánh răng, vì vậy khi gắn motor vào bộ giảm tốc thì khi
motor quay làm báng răng ở đầu motor quay. Khi đó bánh răng ở đầu bộ giảm tốc
quay và bánh xe cũng quay theo. Bộ giảm tốc sẽ giúp điều chỉnh tốc độ của động
cơ, làm cho xe chạy chính xác hơn.
3.4.2. Nguyên tắc hoạt động
Giả sử khi cảm biến bên trái gặp đường đen, cảm biến bên phải vẫn ở

khoảng trắng, động cơ bên trái bị chậm lại do không có tín hiệu đầu ra từ bộ cảm
biến bên trái. Động cơ bên phải nhanh hơn do có tín hiệu từ bộ cảm biến bên phải
gửi tới, vì vậy robot sẽ hướng từ phải qua trái và ngược lại.
Khi cảm biến gặp đường vẽ đen thẳng không có khúc cua thì tốc độ quay
của 2 động cơ sẽ ngang nhau, vì vậy robot sẽ đi thẳng.
3.5. Khung xe
Sau khi tìm hiểu một số loại xe đồ chơi và theo yêu cầu của đề tài là thiết
kế xe dò đường bám theo vạch đen trên nền trắng (bề rộng vạch 2cm, các góc cua
lớn hơn 90 ). Chính vì vậy để điều khiển xe bám theo vạch đen trên nền trắng ta
cần điều khiền hai động cơ cho hai bánh riêng biệt. Do đó, ta phải thiết kế khung
xe sao cho khoảng cách giữa hai động cơ bố trí một cách hợp lý, không bị ảnh
hưởng lẫn nhau và không ảnh hưởng đến việc đấu nối các dây dẫn. Cần phải điều
chỉnh hai bánh được điều khiển sao cho đối xứng nhau để xe đạt tốc độ cao nhất tại
các đoạn đường thẳng. Sau khi tính toán được các yêu cầu cần thiết cho khung xe.
Nhóm em đã quyết định sử dụng lại các xe đồ chơi đã hỏng và tiến hành tháo rỡ,
cắt gọt các chi tiết không cần thiết cho khung xe. Phần bánh được điều khiển cần
được tách nhau ra hai trục riêng với mỗi trục gắn với một động cơ và một bộ điều
19
tốc (điều khiển hai bánh sau) và bánh xe phía trước được thiết kế sao cho có thể
đổi hướng quay được các góc cua yêu cầu lớn hơn 90 theo như yêu cầu và để
giảm lực ma sát và tăng tốc độ của xe tại các vòng cua. Nhóm em đã tận dụng các
vật dụng đã qua sử dụng đó là một lọ nivea có đầu là một viên bi bằng nhựa có thể
quay tròn 360 đáp ứng được yêu cầu đề ra.
3.6. Một số các linh kiện khác sử dụng trong mạch
- LED siêu sáng (màu trắng).
- Điện trở loại 10kΩ.
- Một số đồ phụ gia khác, chủ yếu là led để trang trí mạch, giắc cắm, công
tắc
3.7. Thiết kế
Sơ đồ nguyên lý của mạch:

Hình 13: Sơ đồ nguyên lý mạch
Điệp áp được phân áp thành 2.5V đến gần 3V cho opam hoạt động. Khi 2
cảm biến đều nhận nền màu trắng thì điện trở của 2 quang trở đều giảm, điện áp
vào chân số 3 và chân số 5 của 2 opam sẽ lớn hơn điệp áp chuẩn tại chân số 2 và
chân số 6. Vì vậy nên đầu ra chân số 1 và 7 của 2 bộ khuếch đại sẽ ở mức dương
kích làm dẫn 2 BJT dẫn đến 2 motor đều quay. Lúc này cả 2 motor đều chạy thẳng.
Giả sử, khi cảm biến bên trái nhận vạch đen (ô tô lúc này sẽ lệch sang bên
phải), led của bộ phận cảm biến bên trái chiếu vào vạch đen sẽ khó phản xạ nên
quang trở nhận được ít ánh sáng dẫn đến điện trở của quang trở sẽ tăng làm cho
20
điện áp tại chân số 3 nhỏ hơn 3V (điện áp tại chân số 2) => điện áp ra ở mức âm
=> BJT 1 sẽ ngừng dẫn => motor 1 (bên trái) sẽ ngừng quay. Trong khi đó motor
bên phải vẫn quay vì cảm biến bên phải nhận nền trắng, ánh sáng phản xạ mạnh
vào quang trở làm cho điện trở của quang trở giảm dẫn đến điện áp tại chân số 5
lớn hơn 3V (điện áp tại chân số 6) => điện áp ra ở mức dương => BJT 2 sẽ dẫn =>
motor 2 (bên phải) quay.
Khi motor 1 ngừng quay, motor 2 quay thì ô tô sẽ rẽ sang trái.
Tương tự như vậy khi cảm biến bên phải nhận vạch đen (ô tô lệch sang trái).
Giải thích tương tự như trên ta sẽ có motor phải ngừng quay trong khi motor trái
quay thì ô tô sẽ rẽ phải.
Cứ như vậy, ô tô của nhóm em sẽ bám theo vạch đen trên nền trắng để di
chuyển.
21
Chương 4
KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
4.1. Kết quả
Sau một thời gian cùng nhau tìm hiểu, nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng
bằng các phần mềm chuyên dụng cũng như thiết kế mạch thực tế thì cả nhóm em
đã thu được một kết quả như mong muốn.
4.1.1. Mạch in

Hình 14: Mạch in khối điều khiển.
22
Hình 15: Mạch in phần cảm biến
23
4.1.2. Mạch thực tế
Từ các kết quả trên nhóm em đã hoàn thành xong sản phẩm đúng như các
yêu cầu đã đặt ra và dưới đây là một số hình ảnh về mạch thực tế.
24
Hình 16: Sản phẩm thu được
4.2. Một số ưu, nhược điểm của mạch
4.2.1. Ưu điểm
- Mạch đơn giản, dễ lắp đặt.
- Hoạt động ổn định, chính xác.
- Tiết kiệm năng lượng.
4.2.2. Nhược điểm
- Quang trở dễ bị nhiễu bởi ánh sáng ban ngày.
- Nếu đường cua hẹp quá thì cả 2 cảm biến đều nằm trên vạch đen,
robot sẽ không chạy.
4.3. Hướng phát triển
Đối với Việt Nam, trong giai đoạn đầu của thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại
hóa đất nước, công nghệ sản xuất, chế tạo robot tự động là lĩnh vực tương đối mới
mẻ.
Robot tự động nhằm tạo ra sự tự động hóa trong quá trình sản xuất giảm đi
sức lao động bằng chân tay của người lao động.
Sản phẩm hoàn thành là sản phẩm đơn giản trong hoạt động điều khiển
chuyển động của robot tự động.
25