Tài liệu Robot tự động doc

Lời giới thiệu
Trong xã hội ngày nay, kĩ thuật điện tử đã và đang ứng dụng mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực, và
ngày càng trở nên phổ biến hơn là lĩnh vực “Điều Khiển Tự Động”. Trong những công trình lớn
như nhà máy, xí nghiệp chúng ta thấy rõ hơn vai trò quan trọng của điều khiển tự động hoặc
những ứng dụng tự động trong lĩnh vực dân dụng, có những máy thông minh phục vụ cho những
nhu cầu sinh hoạt cho con người . tất cả những máy móc đó điều được điều khiển bởi bộ xử lí
trung tâm, ở những hệ thống lớn thì bộ xử lí trung tâm là PLC, máy tính công nghiệp.., ở những hệ
thống xử lí nhỏ hơn thì người ta dùng vi điều khiển.
Với một vi điều khiển , khi kết hợp với một cơ cấu chấp hành hợp lí, người lập trình có thể điều
khiển một cách linh hoạt cơ cấu đó theo yêu cầu đặt ra , làm cho mô hình hoạt động linh hoạt hơn,
thông minh hơn. Chính vì yếu tố này nên có nhiều nhà sản xuất cho vi điều khiển ,tạo nên những
dòng vi điều khiển có tính năng cạnh tranh với nhau và các vi điều khiển liên tục được cải tiến. Và
PIC của hãng MICROCHIP là một trong những dòng vi điều khiển có tính năng mạnh mẽ mà đối
với sinh viên Việt Nam đã bắt đầu quen thuộc.
Bên cạnh vi điều khiển , cảm biến là yếu tố quan trọng không kém trong một cơ cấu hay một hệ
thống, nó như là “tay”, “mắt” của một cơ cấu. Em ứng dụng những yếu tố này vào mô hình “Xe
Robot Bám Theo Người”. Tuy nhiên do kiến thức, kinh nghiệm và thời gian có hạn nên đề tài em
còn nhiều khuyết điểm, kính mong quý thầy, cô cùng bạn bè đóng góp ý kiến để đề tài được hoàn
thiện hơn.
CHƯƠNG I Lí Thuyết
1.1/Vi điều khiển PIC 16F877A
A/ Sơ đồ chân :

B/Sơ đồ khối :
Tóm lược phần cứng PIC 16F877A :
-Tần số thạch anh 20 MHz.
-Bộ nhớ ROM nội :8 KB(Flash ROM).
-386 BYTE RAM nội.
-256 BYTE EFROM trong vùng ROM nội dùng chứa dữ liệu.
-Về giao tiếp, có 5 port A, port B, port C, port D, port E vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập.
-2 bộ định thời :Timer 0 và Timer 2 độ phân giải 8 bit.

- 1 bộ định thời Timer 1 độ phân giải 16 bit.
-2 CCP(Capture/Compare/PWM).
-1 bộ ADC 10 bit với 8 ngõ vào.
-1 bộ Watch Dog Timer .
-15 nguồn ngắt
-Nạp chương trình thông qua cổng nối tiếp(ICSP-In Circuit Serial Programming).
-Cũng như các vi điều khiển khác ta cấp dao động cho PIC, chân nguồn, chân Reset. Ở PIC
16F877A :
+Chân 1: reset tích cực mức thấp.
+Chân 13,14 cấp dao động ,có thể dùng thạch anh 20MHz,4 MHz
+ Chân 12,31 cấp nguồn 0 V.(Vss)
+ Chân 11,32 cấp nguồn 5 V(Vdd)
+Các chân còn lại xếp thành 5 port xuất nhập như sơ đồ trên.
-Các chức năng phần cứng của PIC được hổ trợ trong phần mềm lập trình: cách thiết đặt port xuất
nhập, thư viện hổ trợ phần cứng ,khai báo tần số thạch anh , đặt địa chỉ tín hiệu vào ra...Như vậy
người lập trình sẽ dễ dàng hơn trong thao tác lập trình, sử dụng hợp lí các ô nhớ ,địa chỉ cần thiết.
Tùy theo mỗi dòng PIC mà nhà sản xuất tích hợp những module chuyên dụng, ví dụ module
PWM, ADC,.., khi muốn sử dụng module nào ta chỉ cần khai báo và thiết lập phần mềm và ứng
dụng. chính vì yếu tố này nên ngày càng nhiều người quan tâm đến PIC bởi tính hiệu quả và dễ sử
dụng của nó.
1.2/ Chương trình lập trình cho PIC : PIC C COMPILER
Chương trình có cấu trúc lệnh giống C++ , file gốc là C file, sau khi biên dịch(compile) tạo ra
HEX file và ASM file, hỗ trợ sữa lỗi. có thể viết chương trình cho nhiều dòng PIC như dòng PIC
12bit(PCB), PIC 14bit(PCM), PIC 16bit(PCH),PIC 24bit(PCD), PIC 16F877A là dòng 14bit, khi
viết chương trình ta phải chọn hỗ trợ cho từng dòng PIC, nếu không biên dịch file không có ý
nghĩa. Trong mỗi chương trình ta phải khai báo thư viện hỗ trợ cho chip đang lập trình, tần số
thạch anh sử dụng,các thư viện phụ trợ khác, hỗ trợ “HELP” là một công cụ đắc lực cho ngừơi lập
trình, với mọi chức năng của PIC ta có thể tìm cách khai báo , thiết lập, sử dụng trong “HELP”.
1.3/ Chương Trình Nạp : WIN PIC800
Chương trình nạp đa năng cho nhiều dòng PIC , ta phải chọn dòng chip , ví dụ như 16F877A, chọn

như hình vẽ, sau đó chọn đúng tên chip mình đang nạp, chọn setting/hardware/JDM programmer:
< Thiếu hình >
Do PIC được hỗ trợ tối đa từ phần mềm nên các thao tác viết chương trình và nạp chương trình
vào chip phải chính xác.
1.4/ Cảm Biến Siêu Âm SRF05 :
A Hình Dáng

Hình 1.4.1
SRF05 là cảm biến siêu âm gồm mạch phát và mạch thu trên cùng một board, có thể nhận dạng
được nhiều vật cản và nhiều khoảng cách, có thể đo được khoảng cách từ 4cm -> 4m . Với 2 chế
độ hoạt động (mode 1,mode2). Trong đề tài em chọn chế độ hoạt động mode 1.
B Nguyên Lí Hoạt Động:
ở chế độ họat động mode 1 , chân mode trên board để lững không kết nối như sơ đồ chân trên.
Giản đồ xung như sau:
< Thiếu hình >
Muốn SRF05 hoạt động, ta cấp nguồn vào cho nó, khi muốn đo khoảng cách ,ta cấp vào chân
trigger xung có TON >=10uS, SRF05 được lập trình sẵn ,nó phát ra 8 burst siêu âm, khi sóng siêu
âm gặp vật cản ,phản hồi về mạch thu siêu âm trên Board, lúc này tùy theo khoảng cách giữa vật
cản và board ,SRF05 trả về một xung có TON thay đổi 100uS --> 25mS, nếu không có vật cản thì
TON =30mS.
Muốn đo khoảng cách thực tế ta đo giá trị xung phản hồi, đổi ra uS, sau đó chia cho 58 để lấy giá
trị đo là cm, chia cho 148 lấy giá trị là inch
Tần số kích ở chân Trigger tối đa là 20Hz, đồng nghĩa ta có thể cập nhật giá trị đo nhanh nhất là
20 lần/giây.
1.5 Cảm Biến Chuyển Động PIR 325
A Giới thiệu về hồng ngoại
Tia hồng ngoại tồn tại trong phổ trường điện từ,có bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng có
thể nhìn thấy được. Tia hồng ngoại không thể nhìn thấy nhưng có thể phát hiện được nhờ vào
những trang thiết bị chuyên dụng. những vật sinh ra nhiệt năng đều sinh ra tia hồng ngoại, bao
gồm cả động vật và con người, bước sóng của tia hồng ngoại do con người sinh ra vào khoảng 9.4

m.
B Cấu trúc và hoạt động PIR325
1 sơ đồ khối
Hình 1.5.1
Thông số PIR325
< Thiếu hình>
2 Nguyên lí hoạt động và cách bố trí
Hình 1.5.2
Nguyên tắc chung của PIR là thu tia hồng ngoại do con người hay đối tượng tạo ra hồng ngoại di
chuyển, trong đầu thu PIR có 2 phiến cảm ứng hồng ngoại, khi có tia hồng ngoại được hấp thụ, 2
phiến này tạo ra 1 áp rất nhỏ gần như tín hiệu nhiễu và có độ lệch nhau, 2 tín hiệu này được đưa
vào chân FET như hình 1.5.1, ở tầng này tín hiệu được khuếch đại 100 lần, ở tầng 2 khuếch đại
100 lần, sau khi khuếch đại tín hiệu đi vào mạch so sánh , tại đây tín hiệu được lọc nhiễu và cho
tín hiệu ra ở 3.9 VDC
Chương II THI CÔNG:
2.1 Nhiệm vụ và cơ sở lý luận phân tích đề tài:
A/Yêu cầu đề tài:
Xe gồm 2 động cơ DC lái hướng xe,vi xử lí lái đồng bộ 2 động cơ điều khiển xe chạy theo người.
Nguyên lí phát hiện sự di chuyển người dùng sóng hồng ngoại do bộ cảm biến PIR đảm
nhận,mạch lái công suất dùng mostfet và rơle 2 tiếp điểm điều khiển động cơ. Cảm biến nhận dạng
sự thay đổi hồng ngoại khi ta di chuyển báo về vi xử lí , vi xử lí điều khiển xe chạy theo người có
sự di chuyển đó.
B / Phân tích đề tài:
Xe có thể tự cân bằng , chạy thẳng, quẹo trái, thiết kế xe 3 bánh xe, bánh trước cân bằng và có thể
quay đa hướng , 2 bánh sau được truyền động cấp moment chuyển động cho xe, chọn loại động
cơ có công suất phù hợp với khung xe, truyền động đơn giản nên chọn loại động cơ có hộp số. Sau
khi có giàn khung ta cần cơ cấu điều khiển nên phải có “Mạch Xử Lí Trung Tâm”, nhiệm vụ mạch
xử lí là điều khiển xe chạy tùy theo giá trị điều khiển nhận được. Yêu cầu đề tài là “ Xe Bám Theo
Người”, trước khi bám theo người,xe cần phải “Thấy” người , nguyên lí dùng cảm biến PIR nhận
dạng hồng ngoại của con người khi người đó di chuyển. Khi xe chạy về hướng có người nhưng

không đụng vào người đó,vậy cần có mạch dò khoảng cách giữa người và xe, ở đây em dùng cảm
biến Siêu Âm để đo khoảng cách giữa người và xe. Trên xe bố trí mạch điều khiển vô tuyến để
khởi động và dừng xe. Giữa mạch điều khiển và động cơ có mạch Công Suất Cách Li đảm bảo tín
hiệu điều khiển ổn định.
Từ cách phân tích trên em đưa ra sơ đồ khối tổng thể cho xe như hình 2.1
< thiếu hình >
*SƠ ĐỒ KHỐI :

Hình 2.1
*NGUYÊN LÍ HOẠT ĐÔNG:
Nhấn phím khởi động , xe xoay vòng, sau đó dò tìm đối tượng người, khi cảm biến PIR phát hiện
có sự hiện diện người , xe dừng xoay, chạy về hướng có người di chuyển đó, trong lúc chạy đến xe
đo khoảng cách và chạy với tốc độ hợp lí hơn, bám theo đối tượng.
2.2/ SƠ ĐỒ MẠCH TỪNG KHỐI:
A/ Mạch xử lí trung tâm:

- Nhiệm vụ: nhận tín hiệu từ các cảm biến PIR, siêu âm, tín hiệu vô tuyến , xuất tín hiệu điều
khiển ra mạch cách li công suất lái 2 động cơ hoạt động theo ý đồ lập trình.
- Sơ đồ mạch như trên, chân 1:mạch reset tích cực mức thấp, dùng port D, portB nhận giá trị điều
khiển, port C xuất tín hiệu điều khiển với:
o ROLE_L :địa chỉ C0, đảo chiều động cơ trái.
o PWM_L:địa chỉ C1, cấp xung điều khiển tốc động cơ trái.
o ROLE_R:địa chỉ C3, đảo chiều động cơ phải.
o PWM_R:địa chỉ C2, cấp xung điều khiển tốc động cơ phải.
- Vi điều khiển là PIC 16F877A ,như phần giới thiệu phần lí thuyết 16F877A có hỗ trợ module
PWM 2 kênh thuận tiện trong điều khiển tốc độ động cơ(do xe chạy ở nhiều chế độ nên cần nhiều
tốc độ),đồng thời PIC có hỗ trợ phần mềm chuyên lập trình riêng cho nó nên tương đối dễ tiếp cận
lập trình hơn.
B/ Mạch vô tuyến :
- Nhiệm vụ: truyền tín hiệu điều khiển của người điều khiển đến xe,gồm 4 kênh :A,B,C,D ,tích

cực mức 1, có duy trì:
+ Kênh A: khởi động.
+ Kênh B: dừng.