Chia sẻ cho anh em đồ án
MỤC LỤC
Trang
LỜI MỞ ĐẦU 5
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 7
1.1. Giới thiệu bài toán 7
1.2. Mục đích của đề tài 8
1.3. Yêu cầu cần thực hiện 8
1.4. Các chức năng cần có trong bài toán 8
1.5. Các khối chức năng cần có 9
CHƯƠNG 2 – GIẢI BÀI TOÁN TÌM ĐƯỜNG TRÁNH VẬT CẢN CỦA XE TỰ HÀNH 10
2.1. Giới thiệu về xe tự hành tránh vật cản 10
2.2. Mô hình hóa và động học robot 11
2.3. Giải bài toán tìm đường cho robot tự hành 13
2.3.1. Bài toán tìm đường cục bộ 14
2.3.2. Thuật toán xử lý kết quả đo khoảng cách để xuất lệnh 20
CHƯƠNG 3 – CẤU TẠO PHẦN CỨNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRONG ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN 22
3.1. Khối nguồn 25
3.1.1. Thông số chính của mạch 25
3.1.2. Linh kiện cần có trong mạch 25
3.1.3. Nguyên tắc hoạt động của mạch 26
3.2. Khối điều khiển trung tâm 28
3.2.1. Khối reset 29
3.2.2. Khối tạo xung dao động 30
3.2.3. Khối vi điều khiển 31
3.3. Khối điều khiển động cơ 32
3.3.1. Sử dụng IC L298 32
3.3.2. Điều khiển 2 động cơ bằng phương pháp điều xung PWM 33
3.3.3. Mạch cầu H 38
3.3.4. Đối tượng điều khiển: Động cơ DC 40
3.4. Hệ thống cảm biến 41
3.4.1. Cảm biến siêu âm SRF05 41
3.5. Khối hiển thị 43
3.6. Sơ đồ thuật toán điều khiển xe tự hành tránh vật cản 44
3.7. Sơ đồ nguyên lý mạch 45
3.8. Chuẩn bị linh kiện thi công 47
3.9. Sản phẩm 47
CHƯƠNG 4 – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG SÓNG RF 48
4.1. Điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến RF 48
4.1.1. Hoạt động 48
4.1.2. Ưu điểm 48
4.1.3. Nhược điểm 49
4.2. Tìm hiểu về 2 IC trong điều khiển từ xa PT 2262 và PT2272 49
4.2.1. IC PT2262 49
4.2.2. IC PT2272(Giải mã) 51
4.3. Thiết kế mạch 52
4.3.1. Khối nguồn 53
4.3.2.Khối điều khiển 53
4.3.3. Khối phát 54
4.3.4. Khối thu 54
4.3.5. Nguyên lý hoạt động của mạch 55
KẾT LUẬN 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO 57
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hình Tên hình Trang
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay tin học đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ứng dụng của nền kinh tế trong mỗi quốc gia. Một trong những ứng dụng được sử dụng gần đây nhất đó là ứng dụng công nghệ thông tin vào công nghệ chế tạo và điều khiển robot thông minh.
Xu thế phát triển hiện nay trên thế giới khoa học và công nghệ luôn có những thay đổi mạnh mẽ. Nền kinh tế tri thức cùng với công nghệ thông tin đã góp phần quan trọng vào việc nâng cao chất lượng cuộc sống của con người. Trong nền kinh tế tri thức sự phát triển của xã hội không thể tách khỏi sự phát triển của công nghệ thông tin và đặc biệt là sự phát triển của tin học, ngành khoa học công nghệ mới tạo ra các sản phẩm robot và nghiên cứu ứng dụng chính hình thành trong những thập kỷ gần đây được gọi là Robotics.
2. Mục đích của đề tài
Mục đính của đề tài là áp dụng công nghệ thông tin vào công việc “Xây dựng 1 xe tự hành có khả năng tự tránh vật cản, đồng thời có chế độ hoạt động dưới sự điều khiển từ xa”.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài:
- Nghiên cứu nguyên lý đo khoảng cách của cảm biến siêu âm SRF05
- Phương pháp điều khiển động cơ (theo cách tự hành)
- Phương pháp điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến RF
Phạm vi nghiên cứu: Không gian làm việc của xe là 1 mặt phẳng được giới hạn bởi các bức tường, các vật cản được xem là vật cản 2 chiều tĩnh hoàn toàn
4. Phương pháp nghiên cứu khoa học
Sử dụng kết hợp các phương pháp như:
- Phương pháp điều xung PWM
- Phương pháp đảo chiều động cơ( mạch cầu H)
- Phương pháp điều khiển bằng sóng vô tuyến RF
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
a) Ý nghĩa khoa học
Xây dựng được cơ sở khoa học về khả năng tự hành tránh vật cản của robot sử dụng cảm biến siêu âm cũng như khả năng nhận sự điều khiển từ xa thông qua sóng vô tuyến RF
b) Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
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,…
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Giới thiệu bài toán
- Tên đề tài: Xây dựng xe tự hành tránh vật cản sử dụng cảm biến siêu âm SRF05 để đo khoảng cách và có điều khiển từ xa.
- Giáo viên hướng dẫn: Ths Phạm Trung Minh
Robot tự hành sử dụng cảm biến siêu âm SRF05 để đo khoảng cách
Môi trường làm việc của robot là 1 mặt phẳng, được giới hạn bởi các bức tường, các vật cản được xem là vật cản 2 chiều tĩnh hoàn toàn. Trong bài toán robot được trang bị 3 sensor cảm biến siêu âm SRF05, các cảm biến này được đặt lệch nhau 1 góc α ( chọn α=25°) để đo khoảng cách từ bánh xe tùy động tới vật cản
B1: 3 sensor cảm biến SRF05 tiến hành đo khoảng cách theo 3 hướng bên trái, bên phải, ở giữa. Sau đó gửi kết quả đo đạc về vi điều khiển
- Nguyên lý đo khoảng cách của cảm biến siêu âm SRF05
• SRF05 sử dụng nguyên lý phản xạ của sóng để đo khoảng cách
• Khi muốn đo khoảng cách SRF05 sẽ phát ra 1 bộ 8 xung với tần số 40KHz sau đó nó sẽ chờ đợi xung phản xạ về. Thời gian từ lúc xung đi cho tới khi xung về có thể dễ dàng tính ra khoảng cách từ SRF05 tới vật cản
• Khi phát ra xung và chờ xung phản xạ về, chân Echo của SRF05 được kéo lên mức cao(echo =1) khi có xung phản xạ về chân Echo sẽ được kéo xuống thấp hay sau 30us nếu không có xung phản xạ về
B2: Vi điều khiển căn cứ vào kết quả đo đạc của cảm biến SRF05 tiến hành xử lý (căn cứ vào 7 tình huống có thể xảy ra khi sensor phát hiện ra vật cản, mỗi tình huống cần có cách ứng xử riêng) và ra quyết định điều khiển động cơ 1 hay động cơ 2
- Giao tiếp giữa PIC 16F877A với SRF05
• Đo hoảng cách với SRF05 chính là đo thời gian chân Echo ở mức cao
• Để đo thời gian chân Echo ở mức cao ta sử dụng Timer1 và ngắt ngoài của PIC
• Khi muốn đo khoảng cách ta sẽ kích hoạt chân Trigger, 1 xung tối thiểu 10ms sau đó đợi chân echo lên mức cao. Kích hoạt timer1 và đợi chân Echo xuống mức thấp, khi chân Echo xuống mức thấp dừng timer và tính toán giá trị từ timer để suy ra khoảng cách
Robot hoạt động theo phương pháp điều khiển từ xa bằng sóng RF
Robot được điều khiển bằng tần số vô tuyến(RF) sử dụng nguyên lý tương tự như điều khiển bằng tia hồng ngoại nhưng thay vì gửi đi các tín hiệu ánh sáng, nó lại truyền sóng vô tuyến tương ứng với các lệnh nhị phân. Bộ phận thu sóng vô tuyến trên thiết bị được điều khiển nhận tín hiệu và giải mã nó
1.2. Mục đích của đề tài
Mục đính của đề tài là áp dụng công nghệ thông tin vào công việc “Xây dựng 1 xe tự hành có khả năng tự tránh vật cản, đồng thời có chế độ hoạt động dưới sự điều khiển từ xa”.
1.3. Yêu cầu cần thực hiện
Hoàn chỉnh thiết kế và thi công xe tự hành có cảm biến tự tránh vật cản, có bộ thu RF để nhận sự điều khiển từ người dùng.
Xây dựng thiết bị có bộ phát RF, điều khiển sự hoạt động của xe.
1.4. Các chức năng cần có trong bài toán
Robot có khả năng tự tránh vật cản dựa vào 3 sensor cảm biến siêu âm SRF05, cảm nhận môi trường xung quanh robot
Robot có khả năng hoạt động dưới sự điều khiển từ xa của người dùng thông qua sóng vô tuyến RF
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
MỤC LỤC
Trang
LỜI MỞ ĐẦU 5
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 7
1.1. Giới thiệu bài toán 7
1.2. Mục đích của đề tài 8
1.3. Yêu cầu cần thực hiện 8
1.4. Các chức năng cần có trong bài toán 8
1.5. Các khối chức năng cần có 9
CHƯƠNG 2 – GIẢI BÀI TOÁN TÌM ĐƯỜNG TRÁNH VẬT CẢN CỦA XE TỰ HÀNH 10
2.1. Giới thiệu về xe tự hành tránh vật cản 10
2.2. Mô hình hóa và động học robot 11
2.3. Giải bài toán tìm đường cho robot tự hành 13
2.3.1. Bài toán tìm đường cục bộ 14
2.3.2. Thuật toán xử lý kết quả đo khoảng cách để xuất lệnh 20
CHƯƠNG 3 – CẤU TẠO PHẦN CỨNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRONG ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN 22
3.1. Khối nguồn 25
3.1.1. Thông số chính của mạch 25
3.1.2. Linh kiện cần có trong mạch 25
3.1.3. Nguyên tắc hoạt động của mạch 26
3.2. Khối điều khiển trung tâm 28
3.2.1. Khối reset 29
3.2.2. Khối tạo xung dao động 30
3.2.3. Khối vi điều khiển 31
3.3. Khối điều khiển động cơ 32
3.3.1. Sử dụng IC L298 32
3.3.2. Điều khiển 2 động cơ bằng phương pháp điều xung PWM 33
3.3.3. Mạch cầu H 38
3.3.4. Đối tượng điều khiển: Động cơ DC 40
3.4. Hệ thống cảm biến 41
3.4.1. Cảm biến siêu âm SRF05 41
3.5. Khối hiển thị 43
3.6. Sơ đồ thuật toán điều khiển xe tự hành tránh vật cản 44
3.7. Sơ đồ nguyên lý mạch 45
3.8. Chuẩn bị linh kiện thi công 47
3.9. Sản phẩm 47
CHƯƠNG 4 – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG SÓNG RF 48
4.1. Điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến RF 48
4.1.1. Hoạt động 48
4.1.2. Ưu điểm 48
4.1.3. Nhược điểm 49
4.2. Tìm hiểu về 2 IC trong điều khiển từ xa PT 2262 và PT2272 49
4.2.1. IC PT2262 49
4.2.2. IC PT2272(Giải mã) 51
4.3. Thiết kế mạch 52
4.3.1. Khối nguồn 53
4.3.2.Khối điều khiển 53
4.3.3. Khối phát 54
4.3.4. Khối thu 54
4.3.5. Nguyên lý hoạt động của mạch 55
KẾT LUẬN 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO 57
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hình Tên hình Trang
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay tin học đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ứng dụng của nền kinh tế trong mỗi quốc gia. Một trong những ứng dụng được sử dụng gần đây nhất đó là ứng dụng công nghệ thông tin vào công nghệ chế tạo và điều khiển robot thông minh.
Xu thế phát triển hiện nay trên thế giới khoa học và công nghệ luôn có những thay đổi mạnh mẽ. Nền kinh tế tri thức cùng với công nghệ thông tin đã góp phần quan trọng vào việc nâng cao chất lượng cuộc sống của con người. Trong nền kinh tế tri thức sự phát triển của xã hội không thể tách khỏi sự phát triển của công nghệ thông tin và đặc biệt là sự phát triển của tin học, ngành khoa học công nghệ mới tạo ra các sản phẩm robot và nghiên cứu ứng dụng chính hình thành trong những thập kỷ gần đây được gọi là Robotics.
2. Mục đích của đề tài
Mục đính của đề tài là áp dụng công nghệ thông tin vào công việc “Xây dựng 1 xe tự hành có khả năng tự tránh vật cản, đồng thời có chế độ hoạt động dưới sự điều khiển từ xa”.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài:
- Nghiên cứu nguyên lý đo khoảng cách của cảm biến siêu âm SRF05
- Phương pháp điều khiển động cơ (theo cách tự hành)
- Phương pháp điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến RF
Phạm vi nghiên cứu: Không gian làm việc của xe là 1 mặt phẳng được giới hạn bởi các bức tường, các vật cản được xem là vật cản 2 chiều tĩnh hoàn toàn
4. Phương pháp nghiên cứu khoa học
Sử dụng kết hợp các phương pháp như:
- Phương pháp điều xung PWM
- Phương pháp đảo chiều động cơ( mạch cầu H)
- Phương pháp điều khiển bằng sóng vô tuyến RF
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
a) Ý nghĩa khoa học
Xây dựng được cơ sở khoa học về khả năng tự hành tránh vật cản của robot sử dụng cảm biến siêu âm cũng như khả năng nhận sự điều khiển từ xa thông qua sóng vô tuyến RF
b) Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
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,…
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Giới thiệu bài toán
- Tên đề tài: Xây dựng xe tự hành tránh vật cản sử dụng cảm biến siêu âm SRF05 để đo khoảng cách và có điều khiển từ xa.
- Giáo viên hướng dẫn: Ths Phạm Trung Minh
Robot tự hành sử dụng cảm biến siêu âm SRF05 để đo khoảng cách
Môi trường làm việc của robot là 1 mặt phẳng, được giới hạn bởi các bức tường, các vật cản được xem là vật cản 2 chiều tĩnh hoàn toàn. Trong bài toán robot được trang bị 3 sensor cảm biến siêu âm SRF05, các cảm biến này được đặt lệch nhau 1 góc α ( chọn α=25°) để đo khoảng cách từ bánh xe tùy động tới vật cản
B1: 3 sensor cảm biến SRF05 tiến hành đo khoảng cách theo 3 hướng bên trái, bên phải, ở giữa. Sau đó gửi kết quả đo đạc về vi điều khiển
- Nguyên lý đo khoảng cách của cảm biến siêu âm SRF05
• SRF05 sử dụng nguyên lý phản xạ của sóng để đo khoảng cách
• Khi muốn đo khoảng cách SRF05 sẽ phát ra 1 bộ 8 xung với tần số 40KHz sau đó nó sẽ chờ đợi xung phản xạ về. Thời gian từ lúc xung đi cho tới khi xung về có thể dễ dàng tính ra khoảng cách từ SRF05 tới vật cản
• Khi phát ra xung và chờ xung phản xạ về, chân Echo của SRF05 được kéo lên mức cao(echo =1) khi có xung phản xạ về chân Echo sẽ được kéo xuống thấp hay sau 30us nếu không có xung phản xạ về
B2: Vi điều khiển căn cứ vào kết quả đo đạc của cảm biến SRF05 tiến hành xử lý (căn cứ vào 7 tình huống có thể xảy ra khi sensor phát hiện ra vật cản, mỗi tình huống cần có cách ứng xử riêng) và ra quyết định điều khiển động cơ 1 hay động cơ 2
- Giao tiếp giữa PIC 16F877A với SRF05
• Đo hoảng cách với SRF05 chính là đo thời gian chân Echo ở mức cao
• Để đo thời gian chân Echo ở mức cao ta sử dụng Timer1 và ngắt ngoài của PIC
• Khi muốn đo khoảng cách ta sẽ kích hoạt chân Trigger, 1 xung tối thiểu 10ms sau đó đợi chân echo lên mức cao. Kích hoạt timer1 và đợi chân Echo xuống mức thấp, khi chân Echo xuống mức thấp dừng timer và tính toán giá trị từ timer để suy ra khoảng cách
Robot hoạt động theo phương pháp điều khiển từ xa bằng sóng RF
Robot được điều khiển bằng tần số vô tuyến(RF) sử dụng nguyên lý tương tự như điều khiển bằng tia hồng ngoại nhưng thay vì gửi đi các tín hiệu ánh sáng, nó lại truyền sóng vô tuyến tương ứng với các lệnh nhị phân. Bộ phận thu sóng vô tuyến trên thiết bị được điều khiển nhận tín hiệu và giải mã nó
1.2. Mục đích của đề tài
Mục đính của đề tài là áp dụng công nghệ thông tin vào công việc “Xây dựng 1 xe tự hành có khả năng tự tránh vật cản, đồng thời có chế độ hoạt động dưới sự điều khiển từ xa”.
1.3. Yêu cầu cần thực hiện
Hoàn chỉnh thiết kế và thi công xe tự hành có cảm biến tự tránh vật cản, có bộ thu RF để nhận sự điều khiển từ người dùng.
Xây dựng thiết bị có bộ phát RF, điều khiển sự hoạt động của xe.
1.4. Các chức năng cần có trong bài toán
Robot có khả năng tự tránh vật cản dựa vào 3 sensor cảm biến siêu âm SRF05, cảm nhận môi trường xung quanh robot
Robot có khả năng hoạt động dưới sự điều khiển từ xa của người dùng thông qua sóng vô tuyến RF
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
