FPT JETKING BÁO CÁO ĐỒ ÁN IOT ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN (OBSTACLE AVOIDING ROBOT)

VIỆN ĐÀO TẠO QUỐC TẾ FPT
KỸ SƯ AN NINH MẠNG
FPT-JETKING

ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN
OBSTACLE AVOIDING ROBOT
HỌC KÌ I

Giảng viên hướng dẫn:

Lê Văn Nhựt

Lớp:

J1.2001.B1

Tên nhóm:

Nhóm II

Chuyên ngành :

Bảo Mật Phần Cứng và Hệ Điều Hành

Thành viên nhóm:
1.
2.
3.

Nguyễn Cơng Danh
Trần Thanh Tâm

Vũ Thị Xuân Thi

JK-ENR-HB-3031
JK-ENR-HB-3022
JK-ENR-HB-3020


TP. Hồ Chí Minh, 12-2019

MỤC LỤC
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN....................................6
1.

Giới thiệu robot tự hành tránh vật cản.........................................................................6

2.

Tổng quan robot tự hành tránh vật cản........................................................................6
2.1

Sự phát triển............................................................................................................ 6

2.2

Mơ hình hóa của robot............................................................................................6

2.3

u cầu cơng nghệ và nhu cầu thực tế....................................................................8

2.4

Ưu điểm, nhược điểm của robot tự hành tránh vật cản...........................................9

2.5

Ứng dụng của robot tự hành....................................................................................9

CHƯƠNG II: CẤU TẠO PHẦN CỨNG VÀ THIẾT KẾ PHẦN MỀM ROBOT TỰ HÀNH
TRÁNH VẬT CẢN...............................................................................................................11
1.

Cấu tạo phần cứng robot tự hành tránh vật cản..........................................................11
1.1

Khối điều khiển trung tâm Arduino UNO R3 (chip lớn).......................................12
1.1.1 Arduino là gì?.................................................................................................12
1.1.2 Thơng số kỹ thuật...........................................................................................13
1.1.3 Cấp nguồn và các chân nguồn........................................................................13

1.2

Khối điều khiển động cơ Module L298................................................................14
1.2.1 Module L298 là gì?........................................................................................14
1.2.2 Thơng số kỹ thuật...........................................................................................15
OBSTACLE AVOIDING ROBOT

2

1.2.3 Cấp nguồn và các chân nguồn........................................................................15
1.3

Khối hệ thống cảm biến SRF05............................................................................16
1.3.1 Cảm biến SRF05 là gì?...................................................................................16
1.3.2 Thơng số kỹ thuật...........................................................................................20

1.4

Khối động cơ RC Servo........................................................................................20
1.4.1 Động cơ RC Servo là gì?................................................................................20
1.4.2 Thơng số kỹ thuật...........................................................................................22
1.4.3 Cấp nguồn và các chân nguồn........................................................................22

1.5

Khối động cơ Motor DC.......................................................................................22
1.5.1 Động cơ Motor DC là gì?...............................................................................22
1.5.2 Thơng số kỹ thuật...........................................................................................23

1.6

Khối di chuyển......................................................................................................23
1.6.1 Bánh xe V1.....................................................................................................24
1.6.2 Thông số kỹ thuật...........................................................................................24

1.7

Khối cấp nguồn.....................................................................................................24
1.7.1 Pin 18650 Ultrafire là gì?...............................................................................24

1.7.2 Thơng số kỹ thuật...........................................................................................25

1.8

Các phụ kiện bổ trợ khác......................................................................................25
1.8.1 Khung xe Robot 2WD....................................................................................25
1.8.2 Dây cắm Breadboard Đực Cái 30cm..............................................................26
1.8.3 Dây cắm Breadboard Đực Đực 30cm.............................................................27
1.8.4 Hộp Pin 3 Cỡ 18650 Chấu Lò Xo Nối Tiếp Ra Dây.......................................27
1.8.5 Bánh xe quay tự do.........................................................................................28
1.8.6 Thanh chắn chống va đập đầu xe....................................................................28
1.8.7 Tấm lắp ráp cho động cơ DC..........................................................................28
1.8.8 Bánh xe trơn của động cơ DC........................................................................29
1.8.9 Cáp kết nối của mạch Arduino Uno R3..........................................................29
1.8.10

1.9
2.

Giá đỡ cảm biến siêu âm HY-SRF05..........................................................29

Sản phẩm lắp phần cứng.......................................................................................30
Thiết kế phần mềm robot tự hành tránh vật cản.........................................................31
OBSTACLE AVOIDING ROBOT

3


2.1

Lưu đồ thiết kế phần mềm....................................................................................31

2.2

Các hàm chính của chương trình...........................................................................32
2.2.1 Hàm xe chạy thẳng.........................................................................................32
2.2.2 Hàm xe lùi lại.................................................................................................33
2.2.3 Hàm cảm biến quay sang trái.........................................................................33
2.2.4 Hàm cảm biến quay sang phải........................................................................33
2.2.5 Hàm reset Servo.............................................................................................34
2.2.6 Hàm xe rẽ trái.................................................................................................34
2.2.7 Hàm xe rẽ phải...............................................................................................34
2.2.8 Hàm dừng động cơ.........................................................................................35
2.2.9 Hàm đo khoảng cách......................................................................................35
2.2.10

Hàm Setup..................................................................................................36

2.2.11

Hàm loop....................................................................................................37

CHƯƠNG III: KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO..........38
1.

Những điều đã làm được............................................................................................38

2.

Những điều chưa làm được........................................................................................38

3.

Hướng phát triển........................................................................................................38

4.

Tài liệu tham khảo.....................................................................................................38

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. Mơ hình hóa của robot................................................................................................9
Hình 2. Robot hoạt động trong mơi trường khắc nghiệt........................................................12
Hình 3. Robot hoạt động trong cơng nghiệp..........................................................................12
Hình 4. Robot hoạt động trong siêu thị..................................................................................13
Hình 5. Sơ đồ mạch của hệ thống điều khiển robot tự hành tránh vật cản.............................14
Hình 6. Mạch Ardunio Uno R3 (chip lớn).............................................................................15
Hình 7. Mạch điều khiển động cơ L298................................................................................17
OBSTACLE AVOIDING ROBOT

4


Hình 8. Minh hoạ phản chiếu sóng siêu âm...........................................................................19
Hình 9. Cảm biến siêu âm SRF05..........................................................................................20
Hình 10. Vùng mù của cảm biến siêu âm..............................................................................21
Hình 11. Sơ đồ hoạt động của SRF05, Mode 1......................................................................21
Hình 12. Loại micro servo Tower Pro 9g phổ biến................................................................23
Hình 13. Bên trong một micro servo.....................................................................................24
Hình 14. Động cơ Motor DC.................................................................................................25
Hình 15. Bánh xe V1 động cơ DC.........................................................................................26

Hình 16. Pin 18650 Ultrafire.................................................................................................27
Hình 17. Khung xe Robot 2WD............................................................................................28
Hình 18. Dây cắm Breadboard Đực Cái 30cm.......................................................................28
Hình 19. Dây cắm Breadboard Đực Đực 30cm.....................................................................29
Hình 20. Hộp pin 3 cỡ 18650 chấu lị xị nối tiếp ra dây.......................................................30
Hình 21. Bánh xe quay tự do.................................................................................................30
Hình 22. Thanh chắn chống va đập đầu xe............................................................................31
Hình 23. Tấm lắp ráp cho động cơ DC..................................................................................31
Hình 24. Bánh xe trơn của động cơ DC.................................................................................31
Hình 25. Cáp kết nối của mạch Arduino Uno R3...................................................................32
Hình 26. Giá đỡ cảm biến siêu âm HY-SRF05......................................................................32
Hình 27. Thành phẩm robot tự hành tránh vật cản.................................................................33
Hình 28. Lưu đồ thiết kế phần mềm......................................................................................34
Hình 29. Code hàm xe chạy thẳng.........................................................................................35
Hình 30. Code hàm xe lùi lại.................................................................................................35
OBSTACLE AVOIDING ROBOT

5


Hình 31. Code hàm cảm biến quay sang trái.........................................................................36
Hình 32. Code hàm cảm biến quay sang phải........................................................................36
Hình 33. Code hàm reset Servo.............................................................................................36
Hình 34. Code hàm xe rẽ trái.................................................................................................37
Hình 35. Code hàm xe rẽ phải...............................................................................................37
Hình 36. Code hàm dừng động cơ.........................................................................................38
Hình 37. Code hàm đo khoảng cách......................................................................................38
Hình 38. Code hàm setup.......................................................................................................39
Hình 39. Code hàm loop........................................................................................................40

OBSTACLE AVOIDING ROBOT

6


Lời nói đầu
Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet (tiếng
Anh: Internet of Things, viết tắt IoT) là một liên mạng, trong đó các thiết bị, phương tiện vận
tải (được gọi là "thiết bị kết nối" và "thiết bị thơng minh"), phịng ốc và các trang thiết bị
khác được nhúng với các bộ phận điện tử, phần mềm, cảm biến, cơ cấu chấp hành cùng với
khả năng kết nối mạng máy tính giúp cho các thiết bị này có thể thu thập và truyền tải dữ
liệu.
Đó là viễn cảnh mà mọi vật đều có thể kết nối với nhau thơng qua Internet khơng dây. Các
doanh nghiệp đang có xu hướng ứng dụng sản phẩm công nghệ IoT vào sản xuất ngày càng
nhiều bởi thị trường sáng tạo tiềm năng và chi phí sản xuất ngày càng thấp.
Chứng kiến sự phát triển như vũ bão của các sản phẩm ứng dụng công nghệ IoT cũng như
dưới sự dẫn dắt tận tình của những giáo viên, nhóm chúng em đã làm ra một sản phẩm ứng
dụng Internet vạn vật mang tên “OBSTACLE AVOIDING ROBOT” với mục đích ứng dụng
sự hiểu biết của mình theo xu hướng công nghệ điện tử mới ngày nay.
Trong quá trình hồn thiện sản phẩm khơng thể tránh khỏi những sai xót. Rất mong sự đóng
góp ý kiến của thầy và các bạn để báo cáo hoàn thiện hơn.
Bài đồ án này gồm các phần:
Chương 1: Giới thiệu về đề tài đồ án
OBSTACLE AVOIDING ROBOT

7


Chương 2: Cấu tạo phần cứng và thiết kế phần mền robot tự hành tránh vật cản
Chương 3: Kết luận, hướng phát triển và tài liệu tham khảo

OBSTACLE AVOIDING ROBOT

8


CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN
1. Giới thiệu robot tự hành tránh vật cản
Xe tự hành tránh vật cản hay xe di động được định nghĩa là 1 loại xe có khả năng tự
di chuyển, tự vận động (có thể lập trình lại được) dưới sự điều khiển tự động để thực
hiện thành công công việc được giao.Theo lý thuyết môi trường hoạt động của xe tự
hành có thể là đất, nước, khơng khí, khơng gian vũ trụ hay sự tổ hợp giữa chúng. Địa
hình bề mặt của xe di chuyển trên đó có thể bằng phẳng hoặc thay đổi lồi lõm.
Theo bộ phận thực hiện chuyển động ta có thể chia robot tự hànhthành 2 lớp: chuyển
động bằng chân hoặc bằng bánh. Trong đề tài này chúng ta sẽ nghiên cứu xe tự hành
chuyển động bằng bánh, xe tự hành chuyển động bằng bánh làm việc tốt trong hầu hết
các địa hình do con người tạo ra. Điều khiển di chuyển bằng bánh cũng đơn giản hơn
nhiều, gần như ln đảm bảo tính ổn định. Lớp chuyển động bằng bánh có thể chia ra
làm 3 loại: loại chuyển động bằng bánh xe, loại chuyển động bằng vịng xích và loại
hỗn hợp bánh xe vịng xích.Tiềm năng ứng dụng của xe tự hành là lớn, có thể kể đến
robot vận hành vật liệu, hàng hóa trong các tòa nhà, nhà máy, cửa hàng, sân bay hay
thư viện… robot xe lăn phục vụ người khuyết tật,…
Mặc dù nhu cầu ứng dụng cao, nhưng những hạn chế chưa giải quyết được của robot
tự hành như chi phí chế tạo cao đã không cho phép chúng được ứng dụng rộng rãi.
Ngồi ra cịn phải kể thêm nhược điểm của robot tự hành là thiếu tính linh hoạt và
thích ứng khi làm việc ở những vị trí khác nhau.

2. Tổng quan robot tự hành tránh vật cản
2.1 Sự phát triển
Ngày nay, Robot học đã đạt được những thành tựu to lớn trong nền sản xuất công

nghiệp. Những cánh tay robot có khả năng làm việc với tốc độ cao, chính xác và
liên tục làm tăng năng suất lao động tăng nhiều lần. Chúng có thể làm việc trong
các mơi trường độc hại như hàn, phun sơn, các nhà máy hạt nhân, hay lắp ráp các
linh kiện điện tử tạo ra điện thoại, máy tính…một cơng việc địi hỏi sự tỉ mỉ, chính
xác cao. Tuy nhiên những robot này có hạn chế chung đó là hạn chế về khơng gian
làm việc. Không gian làm việc của chúng bị giới hạn bởi các số bậc tự do tay máy
và vị trí gắn chúng.Ngược lại, các Robot tự hành laị có khả năng hoạt động một
cách linh hoạt trong các môi trường khác nhau.
2.2 Mơ hình hóa của robot

OBSTACLE AVOIDING ROBOT

9


Hình 1. Mơ hình hóa của robot

Vấn đề của robot tự hành tránh vật cản là làm thế nào để robot tự hành tránh vật
cản có thể hoạt động, nhận biết môi trường và thực thi các nhiệm vụ đề ra. Vấn đề
đầu tiên là di chuyển, Robot tự hành tránh vật cản nên di chuyển như thế nào và cơ
cấu di chuyển nào là sự lựa chọn tốt nhất.
Điều hướng là vấn đề cơ bản trong nghiên cứu và chế tạo Robot tự hành tránh vật
cản. Trong hiệp hội nghiên cứu về Robot tự hành tránh vật cản có 2 hướng nghiên
cứu khác nhau:
 Hướng thứ nhất: là nghiên cứu về Robot tự hành tránh vật cản có khả năng
điều hướng ở tốc độ cao nhờ thông tin thu được từ cảm biến, đây là loại
robot có khả năng hoạt động ở mơi trường trong phịng cũng như mơi
trường bên ngồi. Loại robot này u câù khả năng tính tốn đồ sộ và được
trang bị cảm biến có độ nhạy cao, dải đo lớn để có thể điều khiển robot di
chuyển ở tốc độ cao, trong những môi trường có địa hình phức tạp.

 Hướng thứ hai: nhằm giải quyết các vấn đề về các loại robot tự hành tránh
vật cản chỉ dùng để hoạt động trong môi trường trong phịng. Loại robot tự
hành tránh vật cản này có kết cấu đơn giản hơn loại trên, thực hiện những
nhiệm vụ đơn giản.
Bài toán dẫn hướng cho robot tự hành tránh vật cản được chia làm 2 loại: bài tốn
tồn cục ( global) và bài toán cục bộ(local). Ở bài tồn cục, mơi trường làm việc
của robot hồn tồn xác định, đường đi và vật cản là hoàn toàn biết trước. Ở bài
OBSTACLE AVOIDING ROBOT

10


tốn cục bộ, mơi trường hoạt động của robot là chưa biết trước hoặc chỉ biết một
phần. Các cảm biến và thiết bị định vị cho phép robot xác định được vật cản, vị trí
của nó trong mơi trường giúp nó đi tới được mục tiêu.
Các vấn đề gặp phải khi điều hướng cho Robot tự hành tránh vật cản thường giống
như các loại robot khác. Để có thể điều hướng cho Robot tránh vật cản, quyết định
theo thời gian thực phải dựa vào thông tin liên tục về môi trường thông qua các
cảm biến, hoặc ở môi trường trong phịng hoặc ngồi trời, đây là điểm khác biệt
lớn nhất so với kỹ thuật lập kế hoạch ngoại tuyến. Robot tự hành tránh vật cản
phải có khả năng tự quyết định về phương thức điều hướng, định hướng chuyển
động để có thể tới đích thực hiện nhiệm vụ nhất định.
Điều hướng cho robot tự hành tránh vật cản là công việc đòi hỏi phải thực hiện
được một số khả năng khác nhau, bao gồm : khả năng di chuyển ở mức cơ bản, ví
dụ như hoạt động đi tới vị trí cho trước, khả năng phản ứng các sự kiện theo thời
gian thực, ví dụ như khi có sự xuất hiện đột ngột của vật cản; khả năng xây dựng,
sử dụng và suy trì bản đồ mơi trường hoạt động; khả năng xác định vị trí của robot
trong bản đồ đó; khả năng thiết lập kế hoạch để đi tới đích hoặc tránh các tình
huống khơng mong muốn và khả năng thích ghi với các thay đổi của mơi trường
hoạt động.

2.3 Yêu cầu công nghệ và nhu cầu thực tế
Trong các nhà xưởng, người cơng nhân bị gị bó bởi năng suất lao động, vì vậy
robot tự hành tránh vật cản là một giải pháp nhằm cung cấp nguyên liệu từ nhà
kho đến tay người công nhân, giúp giảm nhân cơng, tăng năng suất. Tùy theo loại
ngun liệu có đặc thù, khối lưọng, kích thước khác nhau mà khi thiết kế người ta
căn cứ vào đó và đưa ra các u cầu về:





Kích thước
Khối lượng
Cơng suất
Tốc độ di chuyển
OBSTACLE AVOIDING ROBOT

11


Trong đồ án này chúng em chủ yếu tập trung nghiên cứu và thiết kế modul chuyển
động và điều khiển robot chở nguyên liệu trong dây chuyền sản xuất, cùng với
kích thước và các thơng số đều nhỏ hơn thực tế:
 Kết quả là một robot tự động có khả năng di chuyển tự do trong mơi trường
có vật cản.
 Đề tài thiết kế và chế tạo robot tự hành tránh vật cản chủ yếu giúp cho sinh
viên làm quen với vi điều khiển, kỹ năng lập trình, phương pháp tự thu thập
dữ liệu từ các cảm biến sensor, điều khiển động cơ, các mạch phụ trợ.
2.4 Ưu điểm, nhược điểm của robot tự hành tránh vật cản
 Ưu điểm

 Khơng gây ơ nhiễm, sử dụng pin sạc, và có thể sac.
 Sử dụng không gian hiệu quả, đa năng trong các nhà máy xí nghiệp
 Giá thành khơng đắt
 Nhược điểm
 Khơng thể leo bậc thang có chiều cao hạn chế
2.5 Ứng dụng của robot tự hành
 Robot có thể làm việc trong mơi trường độc hại

Hình 2. Robot hoạt động trong môi trường khắc nghiệt

 Ứng dụng trong các nhà máy
OBSTACLE AVOIDING ROBOT

12


Hình 3. Robot hoạt động trong cơng nghiệp

 Ứng dụng của robot tự hành trong các siêu thị

Hình 4. Robot hoạt động trong siêu thị

Ngoài ra Robot tự hành tránh vật cản có khả năng tự hoạt động, thực thi nhiệm vụ mà
không cần sự can thiệp của con người. Với những cảm biến, chúng có khả năng nhận
biết về môi trường xung quanh. Robot tự hành tránh vật cản ngày càng có nhiều ý
nghĩa trong các ngành cơng nghiệp, thương mại, y tế, các ứng dụng khoa học và phục
vụ đời sống của con người. Với sự phát triển của ngành Robot học, robot tự hành tránh
vật cản ngày càng có khả năng hoạt động trong các mơi trường khác nhau, tùy mỗi lĩnh
OBSTACLE AVOIDING ROBOT

13


vực áp dụng mà chúng có nhiều loại khác nhau như robot sơn, robot hàn, robot cắt cỏ,
robot thám hiểm đại dương, robot làm việc ngoài vũ trụ. Cùng với sự phát triển của
yêu cầu trong thực tế , robot tự hành tránh vật cản tiếp tục đưa ra những thách thức
mới cho các nhà nghiên cứu.

CHƯƠNG II: CẤU TẠO PHẦN CỨNG VÀ THIẾT KẾ PHẦN MỀM
ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN
1. Cấu tạo phần cứng robot tự hành tránh vật cản

Hình 5. Sơ đồ mạch của hệ thống điều khiển robot tự hành tránh vật cản

 Nguyên lý hoạt động của mạch:
OBSTACLE AVOIDING ROBOT

14


 Sensor cảm biến SRF05 tiến hành đo khoảng cách theo 3 hướng bên trái, bên phải,
phía trước sau đó gửi kết quả đo đạc tới trung tâm điều khiển ( UNO R3).
 Danh sách chuẩn bị và thông tin chi tiết linh kiện thi công:
 1 Bo mạch Arduino Uno R3 (chip lớn)
 1 Mạch điều khiển động cơ DC L298
 1 Cảm biến siêu âm UltraSonic HY-SRF05
 1 Động cơ RC Servo 9G, góc quay 180 độ
 2 Động cơ DC
 2 Bánh xe đi kèm với khung xe
 3 Viên pin sạc 18650, 3,7V, 4800mAh

 1 Khung xe robot 2WD kèm khay pin 18650, 3 cỡ pin
 1 Bánh xe quay tự do
 2 Thanh chắn chống va đập đầu xe
 4 Tấm lắp ráp cho động cơ DC
 2 Bánh xe trơn của động cơ DC
 1 Cáp kết nối của mạch Arduino Uno R3
 1 Giá đỡ cảm biến siêu âm HY-SRF05
 2 Bộ dây jumper đực-cái và đực-đực
2.6 Khối điều khiển trung tâm Arduino UNO R3 (chip lớn)
2.6.1 Arduino là gì?
Arduino một nền tảng mã nguồn mở phần cứng và phần mềm. Phần cứng
Arduino (các board mạch vi xử lý) được sinh ra tại thị trấn Ivrea ở Ý,
nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường
được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được
thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit.
Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân
đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở
rộng khác nhau.

OBSTACLE AVOIDING ROBOT

15


Hình 6. Mạch Ardunio Uno R3 (chip lớn)

2.6.2 Thơng số kỹ thuật
Vi điều khiển
Điện áp hoạt động
Tần số hoạt động

Dòng tiêu thụ
Điện áp vào khuyên dùng
Điện áp vào giới hạn
Số chân Digital I/O
Số chân Analog
Dòng tối đa trên mỗi chân
I/O
Dòng ra tối đa (5V)
Dòng ra tối đa (3.3V)
Bộ nhớ flash
SRAM
EEPROM

ATmega328 họ 8bit
5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
16 MHz
khoảng 30mA
7-12V DC
6-20V DC
14 (6 chân hardware PWM)
6 (độ phân giải 10bit)
30 mA
500 mA
50 mA
32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng
bởi bootloader
2 KB (ATmega328)
1KB (ATmega328)

2.6.3 Cấp nguồn và các chân nguồn

 Cấp nguồn
Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thơng qua cổng USB hoặc cấp
nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V.
Thường thì cấp nguồn bằng pin vng 9V là hợp lí nhất nếu bạn khơng có

OBSTACLE AVOIDING ROBOT

16


sẵn nguồn từ cổng USB. Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên,
bạn sẽ làm hỏng Arduino UNO.
 Các chân nguồn
 GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO.
Khi bạn dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì
những chân này phải được nối với nhau.
 5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là
500mA.
 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là
50mA.
 Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn
nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với
chân GND.
 IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có
thể được đo ở chân này. Và dĩ nhiên nó ln là 5V. Mặc dù vậy bạn
khơng được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng
của nó khơng phải là cấp nguồn.
 RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển
tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện
trở 10KΩ

2.7 Khối điều khiển động cơ Module L298
2.7.1 Module L298 là gì?
Module điều khiển động cơ L298 là một module gồm 2 mạch cầu H tích
hợp trong IC L298, nhờ đó module này có thể điều khiển được 2 động cơ
riêng biệt.

OBSTACLE AVOIDING ROBOT

17


Hình 7. Mạch điều khiển động cơ L298

2.7.2 Thơng số kỹ thuật
Driver
Điện áp điều khiển
Dòng tối đa cho mỗi cầu H
Điện áp của tín hiệu điều

L298N tích hợp hai mạch cầu
H
+5 V ~ +12 V
2A (=>2A cho mỗi motor)

+5 V ~ +7 V
khiển
Dịng của tín hiệu điều khiển 0 ~ 36mA
Cơng suất hao phí
20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃)
Nhiệt độ bảo quản

-25 ℃ ~ +130 ℃
2.7.3 Cấp nguồn và các chân nguồn
 Cấp nguồn
 Bộ nguồn 12V-GND-5V: Tùy thuộc loại động cơ mà ta chọn 12V
hay 5V.
 Các chân nguồn
 Chân A Enable, B Enable là 2 chân điều khiển tốc độ 2 động cơ
riêng biệt.
 Input: Là 4 chân điều khiển chiều quay của 2 động cơ.
OBSTACLE AVOIDING ROBOT

18


 Output A, Output B: Là 2 đầu ra kết nối với 2 động cơ.
2.8 Khối hệ thống cảm biến SRF05
2.8.1 Cảm biến SRF05 là gì?
Sóng siêu âm (sonar) là một loại sóng cao tầng mà con người khơng thể
nghe thấy. Tuy nhiên, có thể thấy được sự hiện diện của sóng siêu âm ở
khắp mọi nơi trong tự nhiên.
Các lồi động vật như dơi, cá heo, ... dùng sóng siêu âm để liên lạc với
nhau, để săn mồi hay định vị trong khơng gian. Ngun tắc mà các lồi vật
sử dụng sóng âm để định vị rất đơn giản, có thể tóm gọn trong 3 bước sau:
 Vật chủ phát ra sóng âm.
 Sóng âm va chạm với mơi trường xung quanh và phản xạ lại.
 Dựa vào thời gian phát/thu, khoảng cách giữa vật chủ và môi
trường xung quanh tính ra.

Hình 8. Minh hoạ phản chiếu sóng siêu âm

OBSTACLE AVOIDING ROBOT

19


Theo nguyên tắc này, dựa vào sự tiến bộ của khoa học cơng nghệ hiện đại,
ứng dụng của sóng âm trong cuộc sống rất nhiều, có thể kể đến như thiết bị
định vị dưới biển của tàu ngầm, thiết bị radar, các thiết bị đo khoảng cách
môi trường như đo độ sâu của đại dương, ...
Cảm biến siêu âm SRF05 cũng hoạt động theo nguyên tắc trên, thiết bị
gồm có 2 loa - thu và phát - cùng với 5 chân để kết nối với Arduino. Theo
tài liệu của nhà sản xuất thì tầm hoạt động tối đa của cảm biến này nằm
trong khoảng 5m.

Hình 9. Cảm biến siêu âm SRF05

 Chức năng của các chân:
Vcc: cấp nguồn cho cảm biến.
Trigger: kích hoạt q trình phát sóng âm, q trình kích hoạt khi một chu
kì điện cao / thấp diễn ra.
OBSTACLE AVOIDING ROBOT

20


Echo: bình thường sẽ ở trạng thái 0V, được kích hoạt lên 5V ngay khi có
tín hiệu trả về, sau đó trở về 0V.
GND: nối với cực âm của mạch.
OUT: không sử dụng.
 Vùng mù của cảm biến siêu âm:

Mỗi một loại cảm biến siêu âm đều có 1 khoảng cách được gọi là vùng
mù của cảm biến siêu âm. Đây là khoảng cách từ bộ phát của cảm biến
tính xuống phía dưới.

Hình 10. Vùng mù của cảm biến siêu âm

Ví dụ như khoảng cách đo của con cảm biến siêu âm SRF05 là 2cm đến
450cm thì 2cm chính là vùng mù của cảm biến. Khi vật chất nằm trong
vùng mù thì cảm biến sẽ khơng nhận diện được.
 Ngun lý đo khoảng cách của cảm biến siêu âm SRF05

OBSTACLE AVOIDING ROBOT

21


Hình 11. Sơ đồ hoạt động của SRF05, Mode 1

Để đo được khoảng cách, từ chân TRIG ta phát 1 xung rất ngắn (5
microSeconds). Sau đó cảm biến sẽ tạo ra 1 xung HIGH ở chân ECHO
đến khi nhận được xung phản xạ ở chân này. Chiều rộng của xung sẽ bằng
với thời gian sóng siêu âm được phát từ cảm biến quay trở lại. Tốc độ của
âm thanh trong khơng khí là 340 m/s tương đương với 29,412
microSeconds/cm(1000000/(340*100)). Khi đã tính được thời gian ta chia
cho 29,412 để được khoảng cách cần đo.
2.8.2 Thông số kỹ thuật
Điện áp làm việc
Dịng tĩnh
Tín hiệu đầu ra
Góc cảm biến

Khoảng cách phát hiện
Độ chính xác cao
Tín hiệu kích hoạt đầu vào
Tín hiệu tiếng vang
Phương thức kết nối

5V (DC)
Nhỏ hơn 2mA
Tín hiệu tần số điện, mức cao 5V, mức
thấp 0V
Không quá 15 độ
2cm-450cm
Lên đến 0,2cm
xung TTL 10us
xuất tín hiệu TTL PWL
1.VCC 2.trig (T) 3.echo (R) 4.OUT
5.GND
OBSTACLE AVOIDING ROBOT

22


Cung cấp mô-đun với 5V, đầu ra sẽ là 5V
trong khi chướng ngại vật trong phạm vi,
Sử dụng phương pháp

hoặc 0V nếu không. Chân ra của mô-đun
này được sử dụng làm đầu ra chuyển
mạch khi mô-đun chống trộm và không có
chân khi phân loại mơ-đun.

2.9 Khối động cơ RC Servo
2.9.1 Động cơ RC Servo là gì?
 Động cơ RC Servo có kích thước nhỏ, là loại được sử dụng nhiều nhất để
làm các mơ hình nhỏ hoặc các cơ cấu kéo không cần đến lực nặng.
 Động cơ servo SG90 Tower Pro có tốc độ phản ứng nhanh, các bánh răng
được làm bằng nhựa nên cần lưu ý khi nâng tải nặng vì có thể làm hư bánh
răng, động cơ RC Servo 9G có tích hợp sẵn Driver điều khiển động cơ bên
trong nên có thể dễ dàng điều khiển góc quay bằng phương pháp điều độ
rộng xung PWM.
 Động cơ servo được thiết kế những hệ thống hồi tiếp vịng kín. Tín hiệu ra
của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc
và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào
ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín
hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai
lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác.
 Các động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô tuyến được gọi là động cơ
servo RC (radio-controlled). Trong thực tế, bản thân động cơ servo khơng
phải được điều khiển bằng vơ tuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyến trên
máy bay hay xe hơi. Động cơ servo nhận tín hiệu từ máy thu này.

OBSTACLE AVOIDING ROBOT

23


Hình 12. Loại micro servo Tower Pro 9g phổ biến

Hình 13. Bên trong một micro servo

2.9.2 Thông số kỹ thuật
Điện áp hoạt động
Tốc độ
Lực kéo
Kích thước
Trọng lượng

4.8-5VDC
0.12 sec/ 60 deg (4.8VDC)
1.6 Kg.cm
21x12x22mm
9g

2.9.3 Cấp nguồn và các chân nguồn
 Cấp nguồn

Điện áp hoạt động trong ngưỡng : 4.8-5V
OBSTACLE AVOIDING ROBOT

24


 Các chân nguồn

Dây nâu: GND

Dây đỏ: VCC

Dây cam: Input
2.10

Khối động cơ Motor DC

2.10.1 Động cơ Motor DC là gì?
Động cơ DC giảm tốc V1 Dual Shaft Plastic Geared TT Motor là loại được
lựa chọn và sử dụng nhiều nhất hiện nay cho các thiết kế khung Robot, xe,
thuyền,... , động cơ có chất lượng và giá thành vừa phải cùng với khả năng
dễ lắp ráp đem đến chi phí tiết kiệm và sự tiện dụng cho người sử dụng.

Hình 14. Động cơ Motor DC

2.10.2 Thông số kỹ thuật
Điện áp hoạt động
Dòng điện tiêu thụ
Tỉ số truyền

Tỉ số truyền

3~9VDC
110~140mA
1:48
125 vòng/ 1 phút tại 3VDC
208 vòng/ 1 phút tại 5VDC
Moment: 0.5KG.CM
1:120
50 vòng/ 1 phút tại 3VDC
83 vòng/ 1 phút tại 5VDC
Moment: 1.0KG.CM
OBSTACLE AVOIDING ROBOT

25