CHƯƠNG IV THIẾT kế điện tử mô HÌNH XE CHẠY tự ĐỘNG

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ ĐIỆN TỬ MÔ HÌNH XE CHẠY TỰ
ĐỘNG
1. Thiết kế phần cứng
1.1.

Mạch giao tiếp với máy tính

Sử dụng FT232 RL giao tiếp chuyển đổi USB to USART

Hình 3.1: M ạch giao tiếp FT232RL

Cài đặt driver cho cổng COM
Cắm mạch chuyển đổi vào cổng USB máy tinh sau đó kích chuột phải
Computer chọn manage, xuất hiện bảng sau và tiếp tục chọn Device Manager.
Tiếp tục
chọn

xuất hiện bảng: Unknown device Properties.


Hình 3.2: Mô t ả cài đặt driver cho c ổng COM

Chọ n Update Driver

Hình 3.3: Bảng chọn update driver

Chọn

sẽ thấy bảng:

Hình 3.4: Bảng chọn thư mục có ch ứa file update

Tiếp đến chọn

tìm kiếm thư mục chứa driver và nhấn Next.

Ta thiết lập cổng COM nào thì khi cài đặt phần mềm lập trình thì phải
thiết lập tín hiệu của phần mềm truyền qua cổng COM đó.

1.2.

Mạch điều khiển
Thiết kế mạch điều khiển bằng orcad


1.2.1. Mạch nguyên lý

Hình 3.5: M ạch nguyên lý vi điều khiển.

Mạch sử dụng nguồn 12v, qua mạch nguồn cho ra nguồn 5 vôn ổn định
nuôi vi điều khiển.
Vi điều khiển sử dụng thạch anh ngoài
8MH - Sơ lược LM7805:

Hình 3.6: LM7805.

Đầu vào từ 7v đến 18v LM7805 sẽ cho đầu ra là 5 vôn


1.2.2. Mạch in của vi điều khiển

Hình 3.7: M ạch in vi điều khiển
1.3.

Mạch công suất


1.3.1. Mạch nguyên lý

Hình 3.8: Nguyên lý mạch công su ất

- Sử dụng Fet để điều xung PWM.


Sơ lược về Fet:

Hình 3.9: Mô t ả hoạt động c ủa Fet

Loại N:
Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vô
cùng lớn , còn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch
giữa cực G và cực S (UGS) .
Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 =>
do hiệu ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì
điện trở RDS càng nhỏ. Mosfet mở cho dòng đi qua.


- Sử dụng opto để cách ly giữa vi điều khiể n và mạch công su ất.

Hình 3.10: Hoạt động c ủa opto

Với chân 1 là nhận tín hiệu vào, chân 2 và 3 nối mass (0 vôn), chân 4 nối
với mức áp cao.
Khi có tín hiệu truyền tới chân số 1, (như trên hình 3.9), thì giữa chân 4 và
3 thông mạch, cho dòng đi qua.
- Sử dụng relay 6 chân, dùng đảo chi ều động cơ

Hình 3.11: Ho ạt động relay

Như trên (hình 3.10) chân 4 và 6 sẽ được cấp nguồn, chân 5 và 3 nối
mass (0 vôn). Động cơ được nối vào chân 2 và 7. Tiếp điểm như trên hình thì
dòng sẽ đi từ chân 6,7 qua động cơ tới chân 2,3 xuống mass, động cơ quay. Và
khi cuộn dây được kích thì dòng sẽ đi ngược lại, như thế động cơ đảo chiều.


1.3.2. Mạch in công suất

Hình 3.12: M ạch in công suất

1.4. Sơ lược về servo bẻ lái

Hình 3.13: hoạt động của servo

Để điều khiển servo ta cấp cho dây điều khiển một tín hiệu PWM có
chu kỳ khoảng 20ms, duty cycle của PWM sẽ quyết định góc xoay của servo.
Với độ rộng xung là 1ms, servo xoay về vị trí 0 độ, khi độ rộng =2ms, góc


xoay sẽ là 180 độ, từ đó ta có thể tính được duty cycle cần thiết khi muốn
servo xoay đến 1 vị trí bất kỳ giữa 0 độ và 180 độ.

Ở trong đề tài để điều khiển được bẻ lái thì ta qui ước xe đi thẳng ứng
với góc servo là 90 độ. Như vậy tương tự góc lái khi rẽ trái thì servo là (0,90),
góc lái khi rẽ phải thì servo là (0, 180) độ.
2. Thiết kế phần mềm
2.1. Giới thiệu Atmega 16 và các tính năng sử dụng cho đề tài

Sơ lược về Atmega16
Atmega16

Atmelga16L có đầy đủ tính năng của họ AVR, và làm các công việc ứng
dụng tới vi điều khiển.
Tính năng:
- Bộ nhớ16K(flash) . 512 byte (EEPROM). 1 K (SRAM).
- 40 chân , trong đó có 32 chân vào ra dữ liệu chia làm 4
- PORT A,B,C,D. Các chân này đều có trở kéo lên.


- Giao tiếp SPI. - Giao diện I2C. Có 8 kênh ADC 10 bit.
- 1 bộ so sánh analog.
- 2 bô timer/counter 8 bit, 1 bộ timer/counter1 16 bit.
- 1 bộ định thời Watchdog.
- 1 bộ truyền nhận USART

Các tính năng sử dụng cho đề tài:
2.1.1. Truyền nhận USART (Universal Synchronous & Asynchronous
serial Reveiver and Transmitter) (bộ truyền nhận nối tiếp đồng bộ và
không đồng bộ)
Khái niệm “đồng bộ” để chỉ sự “báo trước” trong quá trình truyền.
Khác với cách truyền đồng bộ, truyền thông “không đồng bộ” chỉ cần
một đường truyền cho một quá trình. “Khung dữ liệu” đã được chuẩn hóa bởi

các thiết bị nên không cần đường xung nhịp báo trước dữ liệu đến.
USART hay UART cần phải kết hợp với một thiết bị chuyển đổi mức
điện áp để tạo ra một chuẩn giao tiếp nào đó. Ví dụ, chuẩn RS232 (hay COM)
trên các máy tính cá nhân là sự kết hợp của chip UART và chip chuyển đổi
mức điện áp. Tín hiệu từ chip UART thường theo mức TTL: mức logic high là
5, mức low là 0V. Trong khi đó, tín hiệu theo chuẩn RS232 hay USB trên máy
tính cá nhân thường là -12V cho mức


logic high và +12 cho mức low

Hình 3.14: Mô tả khung truyề n và tín hiệu chuẩn RS232, UART

Sử dụng truyền thông nối tiếp không đồng bộ với AVR (UART).
Vi điều khiển Atmega32 có 1 module truyền thông nối tiếp USART. Có
3 chân chính liên quan đến module này đó là chân xung nhịp - XCK (chân số
1), chân truyền dữ liệu – TxD (Transmitted Data) và chân nhận dữ liệu – RxD
(Reveived Data). Trong đó chân XCK chỉ được sử dụng như là chân phát hoặc
nhận xung giữ nhịp trong chế độ truyền động bộ. Tuy nhiên chúng ta không
khảo sát chế độ truyền thông đồng bộ, vì thế chỉ cần quan tâm đến 2 chân TxD
và RxD. Vì các chân truyền/nhận dữ liệu chỉ đảm nhiệm 1 chức năng độc lập
(hoặc là truyền, hoặc là nhận), để kết nối các chip AVR với nhau (hoặc kết nối
AVR với thiết bị hỗ trợ UART khác) phải đấu “chéo” 2 chân này. TxD của
thiết bị thứ nhất kết nối với RxD của thiết bị 2 và ngược lại.
Module USART trên chip Atmega16 hoạt động “song công” (Full Duplex
Operation), nghĩa là quá trình truyền và nhận dữ liệu có thể xảy ra đồng thời.
Để sử dụng module USART trên AVR phải thực hiện 3 việc quan trọng,
đó là:
cài đặt tốc độ baud (thanh ghi UBRR), định dạng khung truyền (UCSRB,
UCSRC) và cuối cùng kích hoạt bộ truyền, bộ nhận, ngắt.

2.1.2. Timer/Counter
Sử dụng Timer/Counter1 để tạo xung PWM điều khiển tốc độ động cơ:
Timer/Counter1 là bộ T/C 16 bits, đa chức năng. Đây là bộ T/C rất lý
tưởng cho lập trình đo lường và điều khiển vì có độ phân giải cao (16 bits) và
có khả năng tạo xung điều rộng PWM. Có 2 kênh tạo xung PWM là OC1A và
OC1B

Hình 3.15: xung PWM.
Ta sử dụng chế độ Fast PWM với giá trị TOP được gán trong thanh ghi
ICR1, từ đó tùy ý gán giá trị vào thanh ghi OCR1A để điều khiển độ rộng của
xung, làm thay


2.2. Nguyên lý điều khiển

Cảm biến
(Camera).

Máy tính xử lý
(Labview).

Mạch chuyển đổi tín
hiệu.
Vi điều khiển.

Động cơ.

Mạch công suất.

Vi sai.

Servo.
Hệ thống lái.

Bánh xe.
Trong timer1 có thanh ghi chứa giá trị hoạt động của nó là TCNT1.
Thanh ghi này bắt đầu đếm từ 0 cho đến giá trị của OCR1A thì tín hiệu sẽ thay
đổi trạng thái từ mức cao thành mức thấp, cho đến giá trị của thanh ghi OCR1
thì TCNT1 sẽ reset trở về 0 (hết 1 chu kỳ). Cứ như vậy, đó chính là quá trình
đổi
độ PWM.
động cơ.
tạo tốc
xung

Hình 3.17: Nguyên lý điều khiển.
Mạch chuyển đổi tín hiệu sẽ nhận tín hiệu từ máy tính với một khung
truyền được chuẩn hóa, dữ liệu truyền là 8 bit (hình 3.13) chuyển thành chuẩn
USART truyền tới bộ USART của vi điều khiển.
Vi điều khiển dựa vào tínHình
hiệu3.16:
nhậnTđược
và PWM
phát tín hiệu điều khiển tốc độ
ạo xung


động cơ và góc bẻ lái của servor.

Tín hiệu truyền từ máy tính và tín hiệu điều khiển được thống nhất với
nhau, được qui định trước với một tín hiệu truyền tới thì ứng với một tín hiệu
điều khiển. Cũng có nghĩa rằng ứng với một chế độ mà cảm biến (camera)
nhận được thì tốc độ của xe và góc bẻ lái tương ứng.
Ví dụ:
Ta dùng OC1A để điều khiển động cơ, OC1B để điều khiển servo (chân
18, 19 của vi điều khiển)
Khi tín hiệu mà vi điều khiển nhận được là 00011000 (mã nhị phân 8
bit), với tín hiệu này thì yêu cầu xe phải chạy thẳng (servo ở 90 độ) (phần
servo hình 3.12), tốc độ đạt 50%. Như thế vi điều khiển sẽ tạo ra xung PWM
có độ rộng xung bằng một nữa chu kỳ của nó, tương ứng thì gán giá trị
OCR1A=1/2 ICR1 để điều khiển động cơ (phần timer1 hình 3.14).
Để điều khiển được góc quay của servo thì ta cần phải chú ý đến xung
nhịp hoạt động của timer1. Giả sử tần số của chip là 8Mh, ta cài đặt xung nhịp
của timer1 là chia
8, ứng với 1Mh, có ngĩa cứ 1 us thì thanh ghi TCNT1 tăng 1 đơn vị. Vậy để
được 1 chu kỳ là 20ms thì phải gán giá trị ICR1=20000. Như thế để điều khiển
servo ở 90 độ thì gán OCR1B=1500 (1,5 ms) (phần servor hình 3.12)

PHẦN KẾT LUẬN

Trong quá trình nghiên cứu đề tài, tuy lượng thời gian không nhiều
nhưng chúng em đã cố gắng hết khả năng để đạt được mục đích đề ra. Cùng sự


nổ lực bản thân, chúng em nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Lê
Thanh Phúc và các anh đi trước đã nhiệt tình góp ý. Đồ án đi sâu phần mềm
nghiên cứu vẽ cơ khí, ứng dụng phần mềm kỹ thuật Catia thiết kế hệ thống xe
tự động thực tế. Ngoài ra còn ứng dụng các phần mềm thiết kế mạch điện để
hoàn thiện mô hình.

Qua thiết kế, tính toán theo lý thuyết chúng em đã đưa ra mô hình thực
tế nằm trong giới hạn cho phép, độ tin cậy cao. Tuy nhiên đồ án còn nhiều
thiếu sót và chưa có điều kiện đi sâu hơn. Nhưng cũng một phần nào góp phần
cho sự nghiên cứu và
hướng phát triển mô hình xe tự động trong tương lai.


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]
[2] Giáo trình ô tô 2 trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật thành phố Hồ Chí

Minh.
[3] />[4] />[5] />[6] />
ebook/download [7 ]