Thiết kế và chế tạo robot car điều khiển từ xa bằng máy vi tinh

tiến, Robot với tính năng điều khiển từ xa có thể giúp đỡ việc nhà, chăm sóc sức khỏe cho người bệnh hay hỗ trợ những tính năng cho người tàn tật… Với những ưu điểm đó, công nghệ không d

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, trong công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa cũng như tiến trình hội nhập sâu vào nền kinh tế thế giới nói chung và các quốc gia trong tố chức WTO nói riêng đặt ra cho nền kinh tế và sản xuất của chúng ta cần phải đáp ứng được các yêu cầu chung của thế giới Có thể nhận thấy một điều là nền sản xuất của chúng ta hiện tại mang tính thủ công và hết sức lạc hậu, do đó điều kiện cần và đủ để quá trình hội nhập thành công là phải hiện đại hóa nền kinh tế, hiện đại hóa và tự động quá trình sản xuất

Lịch sử nhân loại đã chứng kiến những cuộc cách mạng về khoa học kĩ thuật và gần đây nhất là cuộc cách mạng về công nghệ thông tin Với sự trợ giúp của máy tính và hệ thống máy tính, con người đã nâng cao năng suất và

tự động hóa ngày một hiệu quả hơn Tuy nhiên, nói đến máy tính thì trước hết phải nói đến một lĩnh vực quan trọng gấp bội, đó chính là nền công nghiệp điện tử

Nền công nghiệp điện tử và các sản phẩm của nó là nền tảng cơ bản nhất cho việc ra đời của máy tính và sâu xa hơn chính là nên sản xuất hiện đại ngày nay Các sản phẩm của công nghiệp điện tử đã đi sâu vào đời sống của mỗi quốc gia, vùng lãnh thổ và mỗi con người chúng ta Công nghiệp điện tử

là lĩnh vực không thể thiếu đối với tất cả các khía cạnh trong cuộc sống hiện đại nhân loại ngày nay

Nằm trong chương trình đào tạo kĩ sư chuyên ngành cơ điện tử của khoa

cơ khí, trường đại học Nha Trang.Với đề tài tốt nghiệp:Thiết kế và chế tạo robot car điều khiển từ xa bằng máy vi tinh Đây là một đề tài có khối lượng

công việc khá lớn, bao gồm cả cơ khí và điện tử và lập trình điều khiển, đòi hỏi sự chính xác cao và có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực mang lại hiệu quả cao

Trong quá trình làm việc em đã rất cố gắng hoàn thành tốt công việc, nhưng do thời gian có hạn và kinh nghiệm còn non kém Rất mong được sự góp ý tận tình của các thầy

Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Văn Hùng, thầy Vũ Thăng Long và các thầy trong bộ môn Cơ Điện Tử đã tận tình giúp đỡ em thực hiện xong đề tài này

Nha Trang, ngày 29 tháng 6 năm 2010

Sinh viên thực hiện Nguyễn Thế Cảnh

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG

Chương III CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương IV THIẾT KẾ ROBOT VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN

4.3 Thiết kế phần mềm 50

4.4.2 Giải thuật nhận và hiển thị camera 52

4.4.4 Giải thuật đo nhiệt độ và gửi nhiệt độ về 55

Chương V THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1: Robot car 7

Hình 1.2: Robot dò mìn 8

Hình 1.3: Robot y học 9

Hình 2.1 At mega32 11

Hình 2.2 Lm35 12 Hình 2.3 Sơ đồ khối mô hình robot 13 Hình 3.1 Quá trình lan truyền song ngang 16

Hình 3.2 Sơ đồ chân atmega32 17

Hình 3.3 Sơ đồ cấu chúc bên trong atmega32 18 Hình 3.4 Sơ đồ khối USART 20

Hình 3.5 PT2262 21

Hình 3.6 Sơ đồ chân PT2262 22

Hình 3.7 Khung dữ liệu của PT2262 22 Hình 3.8 Sơ đồ khối PT2262 23

Hình 3.9 PT2272 24

Hình 3.10 Sơ đồ chân PT2272 25

Hình 3.11 Rs232 25

Hình 3.12 Cổng com 26 Hình 3.13 Lm35 30

Hình 3.14 Các kiểu nguồn Lm35 31

Hình 3.15 Sơ đồ chân của cảm biến nhiệt LM35 31

Hình 3.16 Cách mắc lm35 31 Hình 3.17 Camera 32

Hình 3.18: Bộ kết nối máy tính 33

Hình 4.1 Robot ban đầu 35 Hình 4.2 Sơ đồ mạch nguồn 36 Hình 4.3 Sơ đồ mạch Atmega32 37

Hình 4.4 Sơ đồ modul phát 38

Hình 4.5 Sơ đồ kết nối pt2262 38

Hình 4.6 Anten 39

Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lý module thu vô tuyến 40

Hình 4.8 Sơ đồ kết nối pt2272 40

Hình 4.9 Mạch pt2262 41

Hình 4.10 Mạch lm324 42

Hình 4.11 Mạch Pt2272 43

Hình 4.12 Robot sau khi hoàn thành 44

Hình 4.13 Modul hope –rf(RF_TR) 44 Hình 4.14 Kết nối VDK và Rf 45

Hình 4.15 Config hope_rf 45 Hình 4.16 Mạch giao tiếp hope_rf và atmega32 46

Hình 4.17 Gamepess 47 Hình 4.18 Mạch rs232 47

Lưu đồ 5: Chương trình truyền nhiệt độ về 55

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Những khái niệm chung về robot

Ngày nay, người ta vẫn còn đang tranh cãi về vấn đề: “Một loại máy như thế nào thì đủ tiêu chuẩn để được gọi là một robot? Một cách gần chính xác, rôbốt phải có một vài (không nhất thiết phải đầy đủ) các đặc điểm sau đây:

- Không phải là tự nhiên, tức là do con người sáng tạo ra

- Có khả năng nhận biết môi trường xung quanh

- Có thể tương tác với những vật thể trong môi trường

- Có sự thông minh, có khả năng đưa ra các lựa chọn dựa trên môi trường

và được điều khiển một cách tự động theo những trình tự đã được lập trình trước

- Có khả năng điều khiển đuợc bằng các lệnh để có thể thay đổi tùy theo yêu cầu của người sử dụng

- Có thể di chuyển quay hoặc tịnh tiến theo một hay nhiều chiều

- Có sự khéo léo trong vận động

Theo những kỹ sư robot hình dáng bên ngoài của máy móc không quan trọng bằng việc hoạt động của nó được điều khiển như cách nào Hệ thống điều khiển càng có tác dụng bao nhiêu, máy móc càng có khả năng được gọi

là rôbốt bấy nhiêu Một đặc điểm tiêu biểu để phân biệt robot nữa đó là khả năng đưa ra các lựa chọn Càng có khả năng đưa ra nhiều lựa chọn để giải quyết một vấn đề bao nhiêu, robot càng được đánh giá cao

Hình 1.1: Robot car

1.2 Ứng dụng robot trong thực tế

Từ ngàn xưa, loài người đã biết sử dụng công cụ lao động trợ giúp nhằm tăng năng suất lao động Những công cụ thô sơ đồ đá ban đầu được dần thay thế bằng đồ đồng, đồ sắt Cùng năm tháng, máy móc ra đời để giải phóng con người khỏi những lao động nặng nhọc, nguy hiểm Cũng từ đó nền công nghiệp dần hình thành và phát triển

Mức độ tự động hóa của những công cụ buổi ban đầu còn thấp, như những cỗ máy chạy bằng hơi nước hay những máy tính to bằng một tòa nhà… Với sự phát triển như vũ bão của khoa học kỉ thuật, loài người đã tiến bước sâu hơn vào khoảng không và vũ trụ xung quanh Sự trợ giúp của máy tính và kỉ thuật Robot cho phép con người có thể khám phá thế giới xung quanh mà chỉ với những động tác click chuột Từ những vi tế bào nằm sâu trong cơ thể cho tới những hành tinh nằm cách xa, chúng ta vẫn có thể thấy được, biết được, và có thể điều khiển được

Những Robot ban đầu với tính năng đơn giản, thô sơ đã dần được thay thế bằng những Robot mà đôi khi mắt người còn không phân biệt được đâu là Robot, đâu là người thật

Tính năng của Robot thì phụ thuộc vào từng lĩnh vực cụ thể nhưng ở bất

kì lĩnh vực nào thì sự trợ giúp của nó cũng đáng kể Nhưng đáng chú ý nhất vẫn là công nghiệp, Robot có thể thay thế hoàn toàn con người ở những khâu mang tính chu kỳ cần độ chính xác cao, đòi hỏi phức tạp, hay ở trong những môi trường nguy hiểm : áp suất cao, phóng xạ, độc hại …

Hình 1.2: Robot dò mìn

Với kĩ thuật tiên tiến hiện nay, con người có thể tạo ra những Robot đi sâu vào lòng đất để tìm tài nguyên, nguồn năng lượng mới, khám phá vỏ trái đất hay để truy tìm sự sống ngoài hành tinh mà với bản thân con người không thể chịu được những điều kiện khắc nghiệt như vậy Công nghệ không dây được ứng dụng cho phép tạo ra những mô hình Robot nhỏ gọn, thông minh, linh hoạt trên mọi địa hình Bằng cách gắn thêm camera quan sát từ xa, người ta

có thể điều khiển chúng theo ý muốn, tạo hiệu quả công việc như mong muốn Một trong những hiệu quả mà công nghệ không dây đem lại là cho phép con người có thể ngồi ở một nơi rất xa nhưng vẫn có thể điều khiển được những công việc mà vẫn đạt hiệu quả cao, đảm bảo an toàn cho người vận hành Mà đặc biệt là những công việc nguy hiểm, môi trường khắc nghiệt,

có ảnh hưởng lớn về sức khỏe cũng như tính mạng con người : ở các lò phản ứng hạt nhân, hầm mỏ sâu trong lòng đất, rà phá bom mìn, khám phá đại dương, tìm kiếm sự sống bên ngoài trái đất… Hiện nay ở một số nước tiên

tiến, Robot với tính năng điều khiển từ xa có thể giúp đỡ việc nhà, chăm sóc sức khỏe cho người bệnh hay hỗ trợ những tính năng cho người tàn tật… Với những ưu điểm đó, công nghệ không dây ngày càng được ưa chuộng thể hiện

xu thế tất yếu của thời đại

Hình 1.3: Robot y học

Robot ngày càng quan trọng với con người và gần gũi với mỗi chúng ta,

nó thay thế ta làm mọi việc, từ nhưng việc nhỏ như hút bụi đến việc thây thế con người chui xuống hầm sâu, hay cống nước để xử lý, mà trước đó do chính bàn tay con người phải làm

Chương II TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

2.1 Lý do chọn đề tài

Truyền dữ liệu không dây là một mảng lớn trong điện tử, dữ liệu được truyền đi có thể là tương tự cũng có thể là số Trong truyền dữ liệu không dây, hiệu quả nhất vẫn là truyền bằng sóng điện từ hay sóng Radio, bởi những ưu điểm là truyền ở khoảng cách xa, đa hướng, tần số hoạt động cao

Em tận dụng khả năng của vi điều khiển về truyền nhận dữ liệu nối tiếp nhờ vào bộ UART trong chíp Vi điều khiển có khả năng thực hiện truyền thông đa xử lý rất thích hợp cho việc truyền dữ liệu trong một hệ thống mạng không dây

2.2 Đặt vấn đề

Ngày nay, những ứng dụng của Vi điều khiển đã đi sâu vào đời sống sinh hoạt và sản xuấtcủa con người Thực tế hiện nay là hầu hết các thiết bị điện dân dụng hiện nay đều có sự góp mặt của Vi Điều Khiển và vi xử lí Ứng dụng vi điều khiển trong thiết kế hệ thống làm giảm chi phí thiết kế và hạ giá thành sản phẩm đồng thời nâng cao tính ổn định của thiết bị và hệ thống

Hình 2.1 At mega32

Trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển: họ 8051 của Intel, 68HC11 của Motorola, Z80 của hãng Eilog, PIC của hãng Microchip, H8 của Hitachi, vv và cuối cùng là AVR của hãng Atmel AVR là họ Vi điều khiển khá mới trên thị trường cũng như đối với người sử dụng Đây là họ VĐK được chế tạo theo kiến trúc RISC (Reduced Intruction Set Computer) có cấu trúc khá phức tạp Ngoài các tính năng như các họ VĐK khác, nó còn tích hợp nhiều tính năng mới rất tiện lợi cho người thiết kế và lập trình

Sự ra đời của AVR bắt nguồn từ yêu cầu thực tế là hầu hết khi cần lập trình cho vi điều khiển, chúng ta thường dùng những ngôn ngữ bậc cao HLL (Hight Level Language) để lập trình ngay cả với loại chip xử lí 8 bit trong đó ngôn ngữ C là ngôn ngữ phổ biến nhất Tuy nhiên khi biên dịch thì kích thước đoạn mã sẽ tăng nhiều so với dùng ngôn ngữ Assembly Hãng Atmel nhận thấy rằng cần phải phát triển một cấu trúc đặc biệt cho ngôn ngữ C để giảm thiểu sự chênh lệch kích thước mã đã nói trên Và kết quả là họ vi điều khiển AVR ra đời với việc làm giảm kích thước đoạn mã khi biên dịch và thêm vào

đó là thực hiện lệnh đúng đơn chu kỳ máy với 32 thanh ghi tích lũy và đạt tốc

độ nhanh hơn các họ vi điều khiển khác từ 4 đến 12 lần

Vì thế nghiên cứu AVR là một đề tài khá lý thú và giúp cho sinh viên biết thêm một họ vi điều khiển vào loại mạnh nhất hiện nay Ngày nay công nghệ không dây đang phát triển rất mạnh

Với các thiết bị không dây ngày càng hiện đại cho phép người sử dụng thỏa mãn những nhu cầu về giải trí, cũng như trong điều khiển sản xuất mà không cần dây nối Nó thực sự tiện ích và tạo cảm giác thoải mái cho người

sử dụng Truyền tín hiệu số không dây là một đề tài có nhiều ứng dụng thực tế nhất là trong lĩnh vực điều khiển từ xa và truyền số liệu Đặc biệt với sinh viên ngành điện tử, cũng như cơ điện tử

2.3 Mục đích đề tài

Ứng dụng công nghệ không dây điều khiển robot car, và cảm biến nhiệt

độ LM35 Kết hợp với máy tính ghi nhận sự thay đổi nhiệt độ và phân tích đánh giá nhờ công nghệ truyền dữ liệu không dây

Hình 2.2 Lm35

2.4.Tổng quan về các khối

Ở Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ không dây và Robot điều khiển từ

xa chưa được rộng rãi Hiện đại hóa công nghiệp là con đường phát triển của đất nước, do đó việc ứng dụng kỉ thuật không dây vào nước ta chỉ là một sớm

một chiều, nắm bắt được trình độ khoa học kĩ thuật sẽ giúp chúng ta dễ dàng tiếp cận với công nghệ của thế giới Trên cơ sở đó em xin đề xuất mô hình Robot điều khiển không dây bằng máy tính dưới đây :

Modul hope_rf 1

Hình 2.3 Sơ đồ khối mô hình robot

Trong đó:

- Máy tính đóng vai trò chủ đạo trong điều khiển mọi hành động của Robot Người điều khiển không cần quan sát trực tiếp Robot mà có thể ngồi trước màn hình máy tính và ra lệnh thực thi, hình ảnh sẽ lấy từ camera gắn trên Robot phản hồi về, và các thông số được robot thu thập

- Chuẩn truyền thông nối tiếp RS232 cho phép khoảng các kết nối giữa máy tính và thiết bị ngoại vi được xa, ít bị nhiễu tác động Sự hỗ trợ của MSCOMM trong VisualBasic giúp việc lập trình trở nên đơn giản, giao diện sinh động, trực quan

- Khối thu, phát sóng Radio là kênh liên lạc giữa máy tính và Robot thực thi Nó có tác dụng là chuyển tín hiệu điều khiển từ máy tính sang Robot

và thu nhận phản hồi từ Robot về máy tính

- Khối thu thập số liệu, là cảm biến nhiệt độ, và lượng pin

Máy tính

Modul hope_rf 2

- Robot được thiết kế là robot car thực thi tất cả những hành động mà người điều khiển ra lệnh cho nó

- Với mô hình kín điều khiển trên cho phép ta có thể sử dụng Robot vào nhiều lĩnh vực của cuộc sống không chỉ riêng công nghiệp

- Qua đề tài này có thể ứng dụng trong việc điều khiển các thiết bị điện dân dụng ở khoảng cách xa :

+ Tinh chỉnh thời gian ở các cột đèn giao thông

+ Thắp sáng hoặc tắt đèn đường

+ Các thiết bị điện trong nhà: bơm, quạt, đèn…

+ Tiện nghi do điều khiển không dây đem lại giúp cho con người có thể tiết kiệm về thời gian, tiền bạc, đặc biệt là tính chất nguy hiểm của công việc, giả dụ như đề xuất cho Robot lau cữa kính ở các tòa nhà cao tầng…

Chương III

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1 Sơ lược về vô tuyến điện từ

Trong chương này giới thiệu về sự ra đời của sóng điện từ, nguyên lí, tính chất và quá trình truyền sóng trong không gian Nhà toán học người Scotland là James Cleck Maxwell ( 1831 – 1879 ), đã mở rộng các công trình nghiên cứu của Michael Faraday và nhận thấy mối liên hệ khăng khít của điện

và từ làm cho loại sóng này có thể tồn tại Các tính toán của ông cho thấy tốc

độ lan truyền của sóng gần bằng tốc độ ánh sáng trong chân không nên ông nghi ngờ rằng chính ánh sáng cũng là một dạng sóng điện từ Nhưng mãi đến năm 1888, Henrich Hezt đã chứng minh thuyết Maxwell qua thực nghiệm bằng cách dùng điện phát ra sóng Radio và chứng minh được rằng bức xạ Radio có các tính chất của sóng, do đó xác nhận những ý tưởng của Maxwell

và Faraday

Bức xạ điện từ ( hay sóng điện từ ) là sự kết hợp của dao động điện trường và từ trường vuông góc với nhau, lan truyền trong không gian như sóng

Sóng điện từ cũng bị lượng tử hóa thành những “ đợt sóng ” có tính chất như các hạt chuyển động gọi là photon Khi lan truyền, sóng điện từ mang theo năng lượng, động lượng và thông tin Sóng điện từ có bước sóng nằm trong khoảng 400nm – 700nm có thể nhìn thấy được bằng mắt người gọi là ánh sáng

Hình 3.1 Quá trình lan truyền song ngang

Trong chân không các thí nghiệm đã cho thấy sóng điện từ lan truyền với tốc độ c = 3.10^8 m/s, thậm chí không phụ thuộc vào hệ quy chiếu, nó thay đổi hoàn toàn quan điểm của cơ học cổ điển của Isaac Newton, thúc đẩy Albert Einstein tìm ra lý thuyết tương đối Sóng điện từ là sóng ngang, nó là

sự lan truyền của các dao động liên quan đến tính chất có hướng của các phần

tử, mà hướng dao động vuông góc với hướng lan truyền Trong tương tác với các hạt cơ bản, nguyên tử, phân tử; sóng điện từ phụ thuộc nhiều vào bước

sóng Trong đó sóng Radio ít tương tác nhất vì có bước sóng ngắn, nó có khả năng vượt qua khoảng cách dài mà không mất năng lượng nhiều do tương tác nên được sử dụng nhiều trong truyền thông tin Khi thu sóng bằng anten người ta vận dụng sự tương tác giữa điện trường của sóng và các vật dẫn điện Các dòng điện sẽ dao động qua lại trong các vật dẫn điện dưới ảnh hưởng của dao động điện trong sóng Radio

Thuyết điện từ chỉ ra rằng ở đâu có điện trường biến thiên thì ở đó xuất hiện từ trường, và ngược lại ở đâu xuất hiện từ trường biến thiên thì ở đó xuất hiện điện trường Đó là lí do mà sóng điện từ có thể lan truyền được trong không khí Dựa vào tính chất đó người ta phát minh ra kỉ thuật vô tuyến truyền thanh (kĩ thuật Radio), là thiết bị ứng dụng chuyển giao thông tin không dây, dùng cách biến điệu sóng điện từ có tần số thấp hơn tần số sóng ánh sáng Sóng Radio có tần số trong khoảng 3Hz – 300Ghz

3.2 Sơ lược về ATMEGA32

3.2.1 Tổng quan về ATMEGA 32

AVR là một họ vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất (Atmel cũng là nhà sản xuất dòng vi điều khiển 89C51 mà có thể bạn đã từng nghe đến) AVR là chip vi điều khiển 8 bits với cấu trúc tập lệnh đơn giản hóa-RISC (Reduced Instruction Set Computer), một kiểu cấu trúc đang thể hiện ưu thế trong các

bộ xử lí

Hình 3.2 Sơ đồ chân atmega32

Lõi AVR kết hợp những tập lệnh với 32 thanh ghi làm việc với mục đích chung Cả 32 thanh ghi đều được kết nối trực tiếp đến ALU Cho phép truy

suất 2 thanh ghi làm việc độc lập với chu kỳ máy Với kiến trúc RISC này cho phếp CPU làm việc nhanh gấp 10 lần kiến trúc CISC

Hình 3.3 Sơ đồ cấu chúc bên trong atmega32

AVR là họ vi điều khiển 8 bit theo công nghệ mới, với những tính năng rất mạnh được tích hợp trong chip của hãng Atmel theo công nghệ RISC, nó mạnh ngang hàng với các họ vi điều khiển 8 bit khác như PIC, Pisoc Do ra đời muộn hơn nên họ vi điều khiển AVR có nhiều tính năng mới đáp ứng tối

đa nhu cầu của người sử dụng, so với họ 8051 89xx sẽ có độ ổn định, khả năng tích hợp, sự mềm dẻo trong việc lập trình và rất tiện lợi

-Tính năng mới của họ AVR:

- Giao diện SPI đồng bộ

- Các đường dẫn vào/ra (I/O) lập trình được

- Giao tiếp I2C

- Bộ biến đổi ADC 10 bit

- Các kênh băm xung PWM

- Các chế độ tiết kiệm năng lượng như sleep, stand by vv

- Giao tiếp USART vv

Atmelga32L có đầy đủ tính năng của họ AVR, về giá thành so với các loại khác thì giá thành là vừa phải khi nghiên cứu và làm các công việc ứng

dụng tới vi điều khiển Tính năng:

- Bộ nhớ 32K(flash) -1024 byte (EEPROM) - 2 K (SRAM)

- Đóng vỏ 40 chân , trong đó có 32 chân vào ra dữ liệu chia làm 4 PORT A,B,C,D Các chân này đều có chế độ pull_up resistors

- Giao tiếp SPI - Giao diện I2C - Có 8 kênh ADC 10 bit

- 1 bộ so sánh analog - 4 kênh PWM

- 2 bộ timer/counter 8 bit, 1 bộ timer/counter1 16 bit

- 1 bộ định thời Watchdog

- 1 bộ truyền nhận UART lập trình được

3.2.2.Mô tả chân linh kiện

VCC&GND Chân cấp nguồn cho VDK

PortA(PA&…PA0)

Được dành riêng cho ngõ vào analog của bộ chuyển đổi ADC Ngoài ra PortA còn được sử dụng như 1 Port vào ra 2 hướng nếu bộ chuyển đổi ADC không sử dụng Mỗi chân của port A được cấp điện trở kéo bên trong Bộ đệm ngõ ra của Port A được điều khiển cho cả 2 khả năng, sink dòng và soure dòng Khi Port A sử dụng ngõ vào, chúng sẽ Soure dòng nếu điện trở kéo lên bên trong tích cực

Port B(PB7…PB0)

Port B được sử dụng như 1 Port vào ra 2 hướng với điện trở kéo lên bên trong Mỗi chân của Port B được cung cấp điện trở kéo lên bên trong Bộ đệm đầu ra của PortB được điều khiển cho cả 2 khả năng Sink dòng và soure dòng nếu điện trở kéo lên bên trong tích cực Ngoài ra, Port B còn có các chân để load chương trình từ máy tính xuống

Port C(PC7…PC0)

PortC được sử dụng như 1 Port vào ra 2 hương với điện trở kéo lên bên trong Mỗi chân của Port C được cung cấp điện trở kéo lên bên trong Bộ đệm

đầu ra của Port C được điều khiển cho cả 2 khả năng Sink dòng và soure dòng nếu điện trở kéo lên bên trong tích cực

Port(PD7…PD0)

Port D được dùng như 1 Port vào ra 2 hướng với điện trở kéo lên bên trong Mỗi chân của Port D được cung cấp điện trở kéo lên bên trong Bộ đệm ngõ ra của Port D được điều khiển cho cả 2 khả năng, sink dòng và source dòng Khi Port D sử dụng như ngõ vào, chúng sẽ source dòng nếu điện trở kéo lên bên trong tích cực

RESET

Ngõ vào Reset Nếu mức Low đặt vào chân này dài hơn độ rộng xung tối thiểu sẽ reset AVR Cho dù không có xung clock

- XTAL1 & XTAL2 Ngõ vào ra của bộ dao động thạch anh

- AVCC là chân cấp nguồn cho VDK hoạt động

3.2.3 USART trong ATMEGA32

Bộ USART của vi điều khiển ATMEGA32 có thể họat động như một bộ truyền nhận song công, có nghĩa là hoạt động truyền và nhận có thể tiến hành đồng thời (nó chứa các thanh ghi truyền, nhận riêng lẻ)

Hình 3.4 Sơ đồ khối USART

- Bộ phát tốc độ baud có thể tạo ra một số lớn tốc độ baud

- Bộ nâng cao tốc độ baud tại tần số thạch anh thấp

- Mỗi khung dữ liệu có thể có 5, 6, 7, 8 hoặc 9 bit dữ liệu và 1 hoặc 2 bit stop

- Hỗ trợ bộ kiểm tra bit chăn lẻ parity bằng phần cứng

- Phát hiện trạng thái Overrun

- Phát hiện khung truyền bị lỗi

- Lọc nhiễu, phát hiện lỗi bit start

- Cho phép ba ngắt riêng biệt là TX Complete, TX Data Register Empty,

Cách mã hóa được làm bằng cách nối các chân “mã hóa địa chỉ “ lên dương nguồn (mã hóa +) bằng điện trở kéo lên hặc kéo xuống âm nguồn (mã hóa) bằng cách nối xuống GND hoặc để trống chân mã hóa (mã hóa 0) 4 địa chỉ dữ liệu D0D1D2D3 để tránh nhiễu khi truyền tốt nhất ta nên mã hóa (+) hoặc mã hóa (-) Do đó ta có thể truyền một lúc song song 4 bit dữ liệu 0

4 bit sau là 4 bit dữ liệu Tín hiệu encoder được đưa ra chân 17 của PT2262, chân này có mức 1 khi PT2262 nghỉ làm việc và có mức 0 khi nó hoạt động

Hình 3.6 Sơ đồ chân PT2262

Một khung truyền dữ liệu bao gồm các thành phần tín hiệu sau:

Dạng sóng của các bít địa chỉ và dữ liệu

Hình 3.7 Khung dữ liệu của PT2262

Tín hiệu đầu ra gồm : sóng mang dao động có tần số vào khoảng

700Khz + địa chỉ mã hóa + dữ liệu truyền Tần số sóng mang được quyết định bởi điện trở nối trên chân 15 và 16 : f= R/12

- Dựa vào tần số PT2262 ta có thể làm mạch phát và nhận hồng ngoại Điện áp làm việc trong diện rộng từ : 2,5V – 15V nhưng theo thực nghiệm tốt nhất ta dùng ở khoảng 9V – 12V

Hình 3.8 Sơ đồ khối PT2262

Mạch được thiết kế cho Remote điều khiển và giao tiếp máy tính Việc

mã hóa kênh truyền được thực thi bằng chương trình trong vi điều khiển, tương ứng với các trạng thái hoạt động của Robot

Dữ liệu 4 bit song song từ AVR sẽ được đưa vào các chân dữ liệu từ D0 đến D3 của PT2262 vàchân /TE sẽ được đưa vào chân TE của PT2262 để cho phép PT2262 mã hoá Tín hiệu từ Doutcủa PT2262 sẽ đưa vào ngõ DATA IN của module phát RF để điều chế và bức xạ ra ngoài

thêm điện trở tạo dao động cho mạch Trong mạch này gắn điện trở có giá trị 470K

- Để xử lí công đoạn này tiếp tục đưa vào bộ cách ly quang điện OP PC817 để đưa ra mức 1 với chuẩn áp 5V mà vi điều khiển nhận diện được -Nhưng như thế khi kênh được truyền với giá trị 0 sẽ như thế nào ? Lúc này bộ quan điện không làm việc, tại vị trí đầu vào của vi điều khiển lúc này

có mức trở kháng cao, hoặc sẽ có mức 0, hoặc sẽ có mức 1 do chương trình qui định Điều đó gây khó khăn cho quá trình nhận đầu vào

- Do đó để đỡ phức tạp cho thuật toán xử lí ta tiếp tục cho qua một bộ so sánh LM324 giống như cảm biến nhưng mức ưu tiên đầu ra xử lí là mức 1 tương ứng chỉ thị Led tắt, các chỉ thị còn lại sáng giống như chỉ thị của đầu ra kênh dữ liệu D0 → D3 khi được truyền

- Ta cũng lấy đầu ra của bộ so sánh LM324 về Port C của vi điều khiển

để xử lí tín hiệu truyền tương ứng với thao tác đầu ra trực quan của Robot.Từ duy nhất một IC PT2262 với sự khác nhau ở “địa chỉ mã hóa “ ta có thể mở

rộng tới 3^8 IC thu PT2272 mà không nhẫm lẫn kênh truyền đầu ra Tương ứng ta có 3^8x4 dữ liệu được giải mã

Hình 3.10 Sơ đồ chân PT2272

- Việc tổ hợp các trạng thái dữ liệu ra cho phép ta xử lí gọn kênh truyền,

từ 4 bit dữ liệu ta có đến 2^4 = 16 kênh ra, tuy nhiên cần chú ý về truyền song song

- Trên lý thuyết ta có thể truyền song song đến 4 bit dữ liệu ra cùng lúc nhưng do tính chất đường truyền là không gian nên ảnh hưởng của nhiễu làm đầu thu không được như mong muốn Để xử lí vấn đề này trong chương trình

ta cần đọc đi đọc lại nhiều lần tín hiệu đầu vào đó rồi mới đưa ra tình huống

xử lí

3.5 Sơ lược về RS232

- Là bộ đệm giao tiếp giữa máy tính và VDK Được thiết kế cả công in

và out, ổn định, trong khoảng cách tương đối

a) b)

Hình 3.11 Rs232

a) Rs232, b) Sơ đồ chân Rs232

- Chuẩn RS322 sử dụng phương thức truyền đối xứng,sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây tín hiệu và đất

- Mức diện áp được sử dụng -15V đến +15V Mức logic 1 tương đương với điện áp từ -3V đến -15V, mức logic 0 tương đương với điện áp từ 3V đến 15V

- Tốc độ truyền nhận khoảng 20kps và phụ thuộc vào khoảng cách Công suất phát tương đương thấp nhờ trở kháng đầu vào hạn chế

Chuẩn RS232 loại 9 chân:

Giao diện chuẩn RS232 loại 9 chân (cổng COM):

Ưu điểm giao diện nối tiếp RS232:

- Khả năng chống nhiễu của các cổng nối tiếp cao

- Các mạch điện đơn giản có thể nhận được điện áp nguồn nuôi qua cổng nối tiếp

Các Chân và chức năng của cổng Com DB9

1 Data Carrier Detect DCD Phát hiện tín hiệu mang dữ liệu

2 Receive Data RxD Nhận dữ liệu

3 Transmit Data TxD Truyền dữ liệu

4 Data Terminal Ready DTR

Đầu cuối dữ liệu sẵn sàng, được kích hoạt bởi bộ nhận khi muốn truyền dữ liệu

5 Singal Ground SG Mass của tín hiệu

6 Data Set Ready DSR

Dữ liệu sẵn sàng, được kích hoạt bởi bộ truyền khi nó sẵn sàng nhận dữ liệu

7 Request to Send RTS

Yêu cầu gửi, bộ truyền đặt đường này lên mức hoạt động khi sẵn sàng truyền dữ liệu

8 Clear To Send CTS

Xóa để gửi, bộ nhận đặt đường này lên mức hoạt động

để thông báo cho bộ truyền là

nó sẵn sàng nhận dữ liệu

Báo chuông, cho biết là bộ nhận đang nhận tín hiệu rung chuông

Những đặc điểm cần lưu ý trong chuẩn RS232:

- Trong chuẩn RS232, các giới hạn trên đối với mức logic 0 và logic 1 là

±12V Chuẩn RS232 ngày nay đang được áp dụng còn cố định trở kháng tải trong phạm vi từ 3000Ω đến 7000Ω

- Mức logic 1 có điện áp nằm trong khoảng -3V đến -12V, mức logic 0

từ +3V đến +12V

- Các lối vào phải có điện dung nhỏ hơn 2500pF

- Trở kháng tải phải lớn hơn 3000Ω nhưng phải nhỏ hơn 7000Ω

- Tốc độ truyền/nhận dữ liệu cưc đại là 100kbps (ngày nay có thể đạt được 200kps)

- Độ dài của cáp nối giữa máy tính và thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 không thể vượt quá 15 m nếu không sử dụng Modem

- Các giá trị tốc độ truyền dữ liệu chuẩn là: 50, 75, 110, 150, 300,600,

1200, 2400, 4800, 9600, 28800,…56600, 115200 kps

3.6 Sơ lược MODBUS

3.6.1 Phân loại

- Modbus thực chất là một chuẩn giao thức và dịch vụ thuộc lớp ứng dụng, vì vậy có thể được thực hiện trên các cơ chế vận chuyển cấp thấp như TCP/IP, MAP (Manufactoring Message Protocol), và ngay cả qua đường truyền nối tiếp RS-232

- Modbus định nghĩa một tập hợp rộng các dịch vụ phục vụ trao đổi dữ liệu quá trình, dữ liệu điều khiển và chẩn đoán Tất cả các bộ điều khiển của Modicon đều sử dụng Modbus là ngôn ngữ chung Modbus mô tả quá trình giao tiếp giữa một bộ điều khiển với các thiết bị khác thông qua cơ chế yêu cầu/đáp ứng

có thể chủ động gửi yêu cầu, còn lại các thiết bị tớ sẽ đáp ứng bằng dữ liệu trả lại hoặc thực hiện một hành động nhất định theo như yêu cầu Các thiết bị chủ thông thường là các máy tính điều khiển trung tâm và các thiết bị lập trình Một trạm chủ có thể gửi thông báo yêu cầu tới riêng một trạm tớ nhất định hoặc gửi thông báo đồng loạt tới tất cả các trạm tớ Chỉ trong trường hợp nhận được yêu cầu riêng, các trạm tớ mới gửi thông báo đáp ứng trả lại trạm chủ Trong một thông báo yêu cầu có chứa địa chỉ trạm nhận, mã hàm dịch vụ bên nhận cần thực hiện, dữ liệu đi kèm và thông tin kiểm lỗi

b Modbus trên các mạng khác

Với một số mạng như Modbus Plus và MAP sử dụng Modbus là giao thức cho lớp ứng dụng, các thiết bị có thể giao tiếp theo cơ chế riêng của mạng đó, mỗi bộ điều khiển có thể đóng vai trò là chủ hoặc tớ trong các lần giao dịch khác nhau

Nhìn nhận ở mức giao tiếp thông báo, giao thức Modbus vẫn tuân theo nguyên tắc chủ/ tớ mặc dù phương pháp giao tiếp mạng cấp thấp có thể là tay đôi Khi một bộ điều khiển gửi một yêu cầu thông báo thì nó đóng vai trò là chủ và chờ đợi đáp ứng từ thiết bị tớ Ngược lại, một bộ điều khiển sẽ đóng vai trò là tớ nếu nó nhận thông báo yêu cầu từ một trạm khác và phải gửi trả lại đáp ứng

c Chu trình yêu cầu đáp ứng

Giao thức Modbus định nghĩa khuôn dạng của thông báo yêu cầu cũng như của thông báo đáp ứng

Một thông báo yêu cầu gồm các phần sau: Địa chỉ trạm nhận yêu cầu 247), trong đó 0 là địa chỉ gửi đồng loạt, do 8 địa chỉ còn lại chùng với (địa chỉ master, 2 byte stop…) Mã hàm gọi chỉ thị hành động trạm tớ cần thực

(0-hiện theo yêu cầu Ví dụ, mã hàm 03 yêu cầu trạm tớ đọc nội dung các thanh ghi lưu giữ và trả lại kết quả

Dữ liệu chứa các thông tin bổ sung mà trạm tớ cần cho việc thực hiện hàm được gọi Trong trường hợp đọc thanh ghi, dữ liệu này chỉ rõ thanh ghi đầu tiên và số lượng các thanh ghi cần đọc

Thông tin kiểm lỗi giúp trạm tớ kiểm tra nội dung thông báo nhận được Thông báo đáp ứng cũng bao gồm các thành phần giống như thông báo yêu cầu Địa chỉ ở đây là địa chỉ của chính trạm tớ đã thực hiện yêu cầu và gửi lại đáp ứng Trong trường hợp bình thường, mã hàm được giữ nguyên như trong thông báo yêu cầu và dữ liệu chứa kết quả thực hiện hành động, ví dụ nội dung hoặc trạng thái các thanh ghi Nếu xảy ra lỗi, mã hàm quay lại được sửa để chỉ thị đáp ứng là một thông báo lỗi, còn dữ liệu mô tả chi tiết lỗi đã xảy ra Phần kiểm lỗi giúp trạm chủ xác định độ chính xác của nôi dung thông báo nhận được

Mỗi ký tự khung bao gồm : 1 bit khởi đầu (Start bit)

7 bit biểu diễn một chữ số hex của byte cần gửi dưới dạng kí tự ASCII (0-9 và A-F), trong đó bit thấp nhất được gửi đi trước 1 bit parity chẵn/lẻ, nếu sử dụng parity 1 bit kết thúc (Stop bit) nếu sử dụng parity hoặc 2 bit kết thúc nếu không sử dụng parity

Một khung tin điển hình được hiển thị bên trên

Mỗi ký tự khung bao gồm: 1 bit khởi đầu (Start bit) 8 bit của byte thông báo cần gửi, trong đó bit thấp nhất được gửi đi trước 1 bit parity chẵn /lẻ, nếu

1 bit kết thúc (Stop bit) nếu sử dụng parity hoặc 2 bit kết thúc nếu không

sử dụng parity

Một khung tin điển hình được hiển thị bên dưới

3.7 Sơ lược về LM35

LM35 là cảm biến dùng để đo nhiệt độ tính theo độ C Có 2 loại thường

gặp: loại đóng gói như ic và loại kiểu plastis

- Khả năng tự tản nhiệt thấp,khoảng 0.08 độ C trong không khí tĩnh

- Mức độ phi tuyến tiêu biểu là ±1⁄4 độ C

- Trở kháng đầu ra thấp 0.1 ôm với tải 1mA

Hình 3.13 Lm35

Ứng dụng tiêu biểu của LM35

- Lm35 có nhiệt độ ngõ vào và xuất tín hiệu ngõ ra tỷ lệ tuyến tính với

nhiệt độ đầu vào là độ C

- Vì vậy nó có lợi thế hơn các loại cảm biến khác sử dụng nhiệt độ

Kelvin độ K Lm 35 không cần hiệu chỉnh hay tinh chỉnh bên ngoài, vì nó