Bài tập lớn vi xử lý đề tài xe tự hành đầy đủ chi tiết

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: TS. PHẠM NGỌC NAM
Sinh viên thực hiện : NGUYỄN THANH BÌNH
NGUYỄN NGỌC DƯƠNG
TRẦN ĐỨC KHOA
NGUYỄN ĐỨC MẠNH
LÊ ĐĂNG THAO
Lớp ĐT9 – K50

Hà Nội, 05-2008

1


BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VI XỬ LÝ

Các thành viên trong đội
TÊN ĐỀ TÀI:XE TỰ ĐỘNG

NHÓM SỐ: 2

2

ĐÁNH GIÁ VỀ ĐỀ TÀI

Các tiêu chí

Điểm
Hệ số
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
X1
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
X2
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
X2
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
X4
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
X1
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
X1
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
X2
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
X2

10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
X3
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
X2
10
Tổng

Lời nói đầu
Mô tả đề tài và sơ đồ khối
Chỉ tiêu hoàn thành của sản phẩm
Mô tả chi tiết hệ thống
Tóm tắt và kết luận
Tài liệu tham khảo
Phụ lục A: Đóng góp của từng thành viên
Phụ lục B: Danh sách phần mềm
Cách thức trình bày
CD

Nhận xét:

3

Điểm


MC LC
Li núi u

5

1.0 Gii thiu v ti v s khi
1.1 Lý do chn ti

6
6

1.2 Gii thiu v ti

7

1.3 S khi
2.0 Ch tiờu hon thnh ca sn phm
3.0 Mụ t chi tit h thng
3.1 Khi ngun

10
10
11
11

3.2 Khi VDK

13

3.3 Khi cm bin

15

3.4 Khi ng c

17

3.5 Khi hin th

19

Kt lun
Ti liu tham kho
Ph lc A
Ph lc B

20
21
21
22

LI NểI U
Cụng ngh 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 thờng ngày của cuộc
sống, nh rô bốt hút bụi Roomba ở trên, hay để thực hiện

4


những công việc lớn hơn nh công việc lắp ráp ở các nhà
máy chế tạo ôtô, máy bay, nh thám hiểm vũ trụ cho dù
chúng có hình dạng nh những chiếc xe tự hành Opportunity

đang thăm dò Sao Hoả hay gần giống hình dạng ngời nh
ASIMO, vừa đến Việt Nam, thì cũng đã không còn quá xa lạ
nh trớc nữa. Rô bốt đã và đang càng ngày càng gần với con
ngời hơn. Nhng có lẽ ít ai trong chúng ta lại quan tâm đến
một điều tởng 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 trớc công nguyên, đó là
những cơ quan và đồng hồ nớc với hình dáng có thể
chuyển động đợc do một kỹ s ngời 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 đợc chế tạo tại phân xởng 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, đợc thiết kế để di
chuyển vật chất, bộ phận, công cụ, hay các thiết bị đặc
biệt thông qua những chuyển động đã đợc lập trình sẵn
dành cho những nhiệm vụ đa dạng .

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

6


của VDK. Những kiến thức cơ bản đó sẽ làm nền tảng giúp chúng ta có thể
tìm hiểu về các loại VDK khác.
1.2 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Sản phẩm là 1 chiếc xe tự động có chức năng tự di chuyển đế 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 )

7


Sản phẩm hoàn chỉnh

8


Sân chạy của xe

9


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.

10


Hệ thống có thể nhận đợc các tín hiệu báo nhận đờng
đi.
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.

11


* Các khối cơ bản của sản phẩm:
3.1Khối nguồn
Trong khối nguồn chúng ta sử dụng 1 bình ắc quy khô 12V.Mặt khác hệ
thống diều khiển cần phải có nguồn 0V và 5V để cung cấp cho khối VDK và
khối cảm biến.Nguồn 0V của hệ thống ta sẽ dung chung với nguồn 0V của
khối điều khiển động cơ, và được lấy trực tiếp từ nguồn của ắc quy.Còn để
tạo nguồn 5 VDC chúng ta sử dụng IC ổn áp 7805, với đầu vào gồm đất
chung của toàn hệ thống và nguồn 12 VDC lấy trực tiếp từ nguồn ắc quy.
Như vậy tâ có thể xây dựng được sơ đồ khối nguồn như sau:

Trong mạch nguồn này ta dung nguồn đất chung cho toàn hệ thống nên
chúng ta dùng một cầu chì cho đường nguồn đất để bảo vệ mạch chống quá
tải. Đồng thời tại đầu vào cũng như tại đầu ra chúng ta đều dung các tụ lọc
âm tần và cao tần.
Trên mạch nguồn chúng ta cũng mắc them diot LED ở đầu ra và đầu vào để
báo hiệu đã có nguồn ra và nguồn vào.

12


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 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

13


m« t¬ xuèng khèi m« t¬. §ång thêi cho hiÓn thÞ ra tr¹ng th¸i
cña hÖ thèng.

14


.

15

3.3 Khối cảm biến:

16


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.

17


3.4 Khối động cơ:
Gồm 2 động cơ ghép nối với VDk thông qua L298.L298 là linh kiện có tác
dụng đảo chiều động cơ. Khối động cơ có tác dụng trực tiếp đến việc thực
hiện các chức năng của sản phẩm nhờ việc nhận các tín hiệu điều khiển từ

VDK.
chóng ta cÇn ®iÒu chØnh tèc ®é cña hai b¸nh xe mét c¸ch
linh ho¹t, v× vËy chóng ta sö dông c«ng nghÖ ®iÒu chØnh
18


tốc độ mô tơ theo độ rỗng xung 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
0
0

In2
0
1

EnA
1
1

Out1
0 VDC

0 VDC
19

Out2
0 VDC
24 VDC


1
1
X

0
1
x

24 VDC
24 VDC
Treo

1
1
0

0 VDC
24 VDC
Treo

Vì vậy các tín hiệu điều khiển của chúng ta có trạng thái
sau:

Left

Left

Forwar Backwa

Left
EN.

d
1
0

rd
0
1

0

0

1

0

0

0

1

1

STATE MOTO
Dir_Forward (quay hớng tiến)
Dir_Backward (quay hớng lùi)
Dir_ Hold (dừng và chập hai
đầu moto)
Dir_Stop (dừng và thả trôi
moto)

20


3.5Khối hiển thị:
Để dễ dàng theo dõi hoạt động của hệ thống, chúng ta xây dựng nên khối
hiển thị.
Khối hiển thị sử dụng LCD 16x2 để hiển thị và tiếp nhận các chiến thuật cho
xe tự động. Khối hiển thị sẽ hiện thị các lời chào, chiến thuật của robot, và
các tọa độ cho robot di chuyển..Với giao tiếp than thiện thì người sử dụng sẽ
dễ dàng hơn trong việc điều khiển robot.
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 nghành lên 1 tầm cao mới.
21


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

o/
/>
http://www.đienandientu.com


22