Báo cáo Bài tập lớn vi xử lý - Xe tự hành

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚNVI XỬ LÝ Đề tài: XE TỰ HÀNH Giảng viên hướng dẫn: Võ Duy Thành Sinh viên thực hiện : Lớp : Hà Nội, 11-2011 BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VI XỬ LÝ TÊN ĐỀ TÀI:XE TỰ ĐỘNG NHÓM SỐ: 2 ĐÁNH GIÁ VỀ ĐỀ TÀI Các tiêu chí Điểm Hệ số Điểm Lời nói đầu 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 1 Mô tả đề tài và sơ đồ khối 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 2 Chỉ tiêu hoàn thành của sản phẩm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 2 Mô tả chi tiết hệ thống 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 4 Tóm tắt và kết luận 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 1 Tài liệu tham khảo 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 1 Phụ lục A: Đóng góp của từng thành viên 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 2 Phụ lục B: Danh sách phần mềm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 2 Cách thức trình bày 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X3 Tổng Nhận xét: MỤC LỤC Lời nói đầu 4 1.0 Giới thiệu về đề tài và sơ đồ khối 5 Lý do chọn đề tài Giới thiệu về đề tài Sơ đồ khối 5 6 7 2.0 Chỉ tiêu hoàn thành của sản phẩm 7 3.0 Mô tả chi tiết hệ thống 8 3.1 Khối nguồn 3.2 Khối VDK 3.3 Khối cảm biến 3.4 Khối động cơ 8 9 12 13 Kết luận 16 Tài liệu tham khảo 16 Phụ lục A 18 Phụ lục B 19 LỜI NÓI ĐẦU Công nghệ r«bèt ®· len lái vµo tõng ngãc ng¸ch, vµo tõng phÇn nhá nhÊt cña cuéc sèng cña chóng ta. R« bèt, cho dï chØ sinh ra phôc vô nh÷ng nhu cÇu th­êng ngµy cña cuéc sèng, nh­ r« bèt hót bôi Roomba ë trªn, hay ®Ó thùc hiÖn nh÷ng c«ng viÖc lín h¬n nh­ c«ng viÖc l¾p r¸p ë c¸c nhµ m¸y chÕ t¹o «t«, m¸y bay, nh­ th¸m hiÓm vò trô… cho dï chóng cã h×nh d¹ng nh­ nh÷ng chiÕc xe tù hµnh Opportunity ®ang th¨m dß Sao Ho¶ hay gÇn gièng h×nh d¹ng ng­êi nh­ ASIMO, võa ®Õn ViÖt Nam, th× còng ®· kh«ng cßn qu¸ xa l¹ nh­ tr­íc n÷a. R« bèt ®· vµ ®ang cµng ngµy cµng gÇn víi con ng­êi h¬n. Nh­ng cã lÏ Ýt ai trong chóng ta l¹i quan t©m ®Õn mét ®iÒu t­ëng chõng rÊt ®¬n gi¶n, ®ã lµ xuÊt xø cña thuËt ng÷ Robot_ vËy Robot lµ g×? Cã thÓ sÏ thËt ng¹c nhiªn víi ai ®ã khi biÕt r»ng nÕu chØ hiÓu ®¬n gi¶n Robot lµ cç m¸y cã thÓ chuyÓn ®éng, th× Robot ®· cã tõ kho¶ng 270 n¨m tr­íc c«ng nguyªn, ®ã lµ nh÷ng c¬ quan vµ ®ång hå n­íc víi h×nh d¸ng cã thÓ chuyÓn ®éng ®­îc do mét kü s­ ng­êi Hy L¹p cæ ®¹i chÕ t¹o ra! N¨m 1961, tøc lµ 20 n¨m sau khi ®· cã ®Çy ®ñ tªn, Robot c«ng nghiÖp ®Çu tiªn míi ®­îc chÕ t¹o t¹i ph©n x­ëng nhµ m¸y General Motor ë New Jersey. Cã thÓ coi ®©y lµ ®iÓm b¾t ®Çu cña ngµnh c«ng nghiÖp chÕ t¹o nh÷ng cç m¸y tinh vi nµy. VËy, cã thÓ kÕt luËn g× vÒ Robot ? §ã lµ nh÷ng “m¸y tù ®éng ®a chøc n¨ng, cã thÓ lËp tr×nh l¹i, ®­îc thiÕt kÕ ®Ó di chuyÓn vËt chÊt, bé phËn, c«ng cô, hay c¸c thiÕt bÞ ®Æc biÖt th«ng qua nh÷ng chuyÓn ®éng ®· ®­îc lËp tr×nh s½n dµnh cho nh÷ng nhiÖm vô ®a d¹ng ”. 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 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 ) 1.3 SƠ ĐỒ KHỐI Sơ đồ khối của hệ thống 2.0 CÁC CHỈ TIÊU CỦA SẢN PHẨM +Về chức năng: HÖ thèng ®iÒu khiÓn tr­íc hÕt ph¶i cã kh¶ n¨ng giao tiÕp víi ng­êi sö dông, tøc lµ cho phÐp thay ®æi thiÕt lËp hÖ thèng vµ hiÓn thÞ tr¹ng th¸i hÖ thèng. Chøc n¨ng giao tiÕp nµy ph¶i ®­îc thiÕt kÕ th©n thiÖn víi ng­êi sö dông. HÖ thèng ®iÒu khiÓn ph¶i cã khèi cung cÊp nguån æn ®Þnh. HÖ thèng cã thÓ nhËn ®­îc c¸c tÝn hiÖu b¸o nhËn ®­êng ®i. HÖ thèng cã kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn tèc ®é b¸nh xe Robot mét c¸ch linh ho¹t. HÖ thèng cã kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn c¸c m« t¬ víi c«ng suÊt kh¸c nhau theo c¶ hai chiÒu. Mét vÊn ®Ò lµ hÖ thèng cÇn cã chøc n¨ng hiÓn thÞ, ®Ó cho ta biÕt chÕ ®é ho¹t ®éng còng nh­ tr¹ng th¸i cña hÖ thèng. HÖ thèng cã kh¶ n¨ng lùa chän nhiÒu chÕ ®é ho¹t ®éng kh¸c nhau. Vµ yªu cÇu quan träng nhÊt ®èi víi mét hÖ thèng lµ cã ®¬n vÞ xö lý trung t©m ®Ó cã thÓ phèi hîp c¸c khèi kh¸c ho¹t ®éng ®ång thêi vµ æn ®Þnh trong toµn bé qu¸ tr×nh ho¹t ®éng. -Có hướng phát triển sau này như cải tiến thành 1 robot thông minh hơn nữa. +Về chất lượng sản phẩm: kết cấu cơ khí đẹp, chạy ổn định, có thể thích nghi với các mặt sân khác nhau. +Về kinh phí: dưới 300K +Về thời gian hoàn thành: hoàn thành trước chỉ tiêu 1 tuần. 3.0 MÔ TẢ CHI TIẾT ĐỀ TÀI * Tên sản phẩm:xe tự động VDK sử dụng: AT89S52 * Chức năng: thực hiện việc di chuyển tự động đến điểm đã định sẵn và các đường di chuyển khác nhau. * 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. 3.2 Khối VDK: Khèi ®iÒu khiÓn trung t©m cã nhiÖm vô phèi hîp toµn bé hÖ thèng ho¹t ®éng mét c¸ch thÝch hîp vµ æn ®Þnh. Khèi nµy sö dông vi ®iÒu khiÓn lµ IC 89C52. Vi ®iÒu khiÓn nµy sÏ giao tiÕp víi c¸c khèi kh¸c th«ng qua khèi vµo ra c¬ b¶n. Do vi ®iÒu khiÓn trung t©m ph¶i trao ®æi d÷ liÖu víi nhiÒu khèi kh¸c nhau, trong khi c¸c cæng xuÊt nhËp d÷ liÖu cña nã lµ h¹n chÕ, chÝnh v× vËy ta chän ph­¬ng ¸n dïng chØ dïng mét Port0 lµm cæng xuÊt nhËp d÷ liÖu tõ c¸c khèi kh¸c th«ng qua khèi giao tiÕp vµo ra, khèi giao tiÕp vµo ra bao gåm nhiÒu IC chèt d÷ liÖu ho¹t ®éng ë c¸c chÕ ®é kh¸c nhau phï hîp víi chÕ ®é vµo hay chÕ ®é ra. Tõ ®©y ta cã thÓ x©y dùng s¬ ®å nguyªn lý cho khèi ®iÒu khiÓn trung t©m: Nh­ vËy vi ®iÒu khiÓn trung t©m sÏ nhËn d÷ liÖu tõ khèi c¶m biÕn, bao gåm c¸c tÝn hiÖu b¸o nhËn vÒ ®­êng ®i vµ tÝn hiÖu b¸o nhËn kÕt thóc c¸c qu¸ tr×nh c¬ khÝ, sau ®ã sÏ xö lý d÷ liÖu nhËn ®­îc ®Ó ®­a c¸c quÕt ®Þnh ®iÒu khiÓn m« t¬ xuèng khèi m« t¬. §ång thêi cho hiÓn thÞ ra tr¹ng th¸i cña hÖ thèng. 3.3 Khối cảm biến: 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. 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 tèc ®é m« t¬ theo ®é rçng xung PWM. Do m¹ch cÇu H dïng R¬le ®¸p øng b»ng tiÕp gi¸p c¬ ®iÖn nªn ®é trÔ lín, chÝnh v× vËy ta ph¶i m¾c cÇu H dïng Tranzito. Trong m¹ch nµy ta øng dông IC L298 ®· ®­îc tÝch hîp hai m¹ch cÇu H bªn trong, vµ cã s¬ ®å khèi nh­ ta thÊy d­íi ®©y. Mçi cÇu H trong IC L298 ®­îc ®iÒu khiÓn bëi 3 tÝn hiÖu In1, In2, EnA t­¬ng øng víi 3 tÝn hiÖu ta lÊy ra tõ vi ®iÒu khiÓn SLAVE lµ Left Forward, Left Backward, Left EN. Ta cã quan hÖ gi÷a c¸c tÝn hiÖu nµy nh­ sau: In1 In2 EnA Out1 Out2 0 0 1 0 VDC 0 VDC 0 1 1 0 VDC 24 VDC 1 0 1 24 VDC 0 VDC 1 1 1 24 VDC 24 VDC X x 0 Treo Treo V× vËy c¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn cña chóng ta cã tr¹ng th¸i sau: Left Forward Left Backward Left EN. STATE MOTO 1 0 1 Dir_Forward (quay h­íng tiÕn) 0 1 1 Dir_Backward (quay h­íng lïi) 0 0 1 Dir_ Hold (dõng vµ chËp hai ®Çu moto) 0 0 0 Dir_Stop (dõng vµ th¶ tr«i moto) 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. 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