Dồ án tốt nghiệp đề tài xe tự hành tránh vật cản sử dụng cảm biến siêu âm SRF05 và có điều khiển từ xa

Mục đích của đề tài Mục đính của đề tài là áp dụng công nghệ thông tin vào công việc “Xâydựng 1 xe tự hành có khả năng tự tránh vật cản, đồng thời có chế độ hoạt độngdưới sự điều khiển t

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI – BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

HẢI PHÒNG – 2014

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHỔNG THỊ PHƯƠNG THẢO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

XE TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN SỬ DỤNG CẢM BIẾN

SIÊU ÂM SRF05 VÀ CÓ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA

NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ; MÃ SỐ: D114

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Người hướng dẫn khoa học: Ths Phạm Trung Minh

HẢI PHÒNG - 2014

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự

hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của mọi người xungquanh Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ,đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của Thầy Cô, gia đình và bạn bè

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô trong khoaCông Nghệ Thông Tin – Trường Đại Học Hàng Hải đã cùng với tri thức và tâmhuyết của mình truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian

học tập tại trường Và em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy giáo Th.s

Phạm Trung Minh, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, cung cấp cho em

những kiến thức và tài liệu về Robotics cần thiết để em hoàn thành khóa luậnnày

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đã luôn tạo điềukiện quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thànhkhóa luận tốt nghiệp

Hải Phòng, ngày tháng năm 2014

Sinh viên thực hiện

Khổng Thị Phương Thảo

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

3.3.2 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

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 ứngdụng của nền kinh tế trong mỗi quốc gia Một trong những ứng dụng được sửdụng gần đây nhất đó là ứng dụng công nghệ thông tin vào công nghệ chế tạo và

Xu thế phát triển hiện nay trên thế giới khoa học và công nghệ luôn cónhững thay đổi mạnh mẽ Nền kinh tế tri thức cùng với công nghệ thông tin đãgóp 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 pháttriển của công nghệ thông tin và đặc biệt là sự phát triển của tin học, ngành khoahọc công nghệ mới tạo ra các sản phẩm robot và nghiên cứu ứng dụng chínhhình 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 “Xâydựng 1 xe tự hành có khả năng tự tránh vật cản, đồng thời có chế độ hoạt độngdưới 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 phương thức 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 giớihạn bởi các bức tường, các vật cản được xem là vật cản 2 chiều tĩnh hoàntoàn

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

a) Ý nghĩa khoa học

Xây dựng được cơ sở khoa học về khả năng tự hành tránh vật cản củarobot sử dụng cảm biến siêu âm cũng như khả năng nhận sự điều khiển từ xathông 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 hànhvật liệu, hàng hóa trong các tòa nhà, nhà máy, cửa hàng, sân bay hay thưviện… 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 âmSRF05 để đo khoảng cách và có điều khiển từ xa

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 robotđược trang bị 3 sensor cảm biến siêu âm SRF05, các cảm biến này được đặt lệchnhau 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 số40KHz sau đó nó sẽ chờ đợi xung phản xạ về Thời gian từ lúc xung đicho tới khi xung về có thể dễ dàng tính ra khoảng cách từ SRF05 tới vậtcản

 Khi phát ra xung và chờ xung phản xạ về, chân Echo của SRF05 được kéolên mức cao(echo =1) khi có xung phản xạ về chân Echo sẽ được kéoxuống thấp hoặc 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, mỗitình huống cần có cách ứng xử riêng) và ra quyết định điều khiển động cơ 1 hayđộng 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 ngoàicủa PIC

 Khi muốn đo khoảng cách ta sẽ kích hoạt chân Trigger, 1 xung tối thiểu10ms sau đó đợi chân echo lên mức cao Kích hoạt timer1 và đợi chânEcho xuống mức thấp, khi chân Echo xuống mức thấp dừng timer và tínhtoán giá trị từ timer để suy ra khoảng cách

Robot được điều khiển bằng tần số vô tuyến(RF) sử dụng nguyên lý tương tựnhư 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 “Xâydựng 1 xe tự hành có khả năng tự tránh vật cản, đồng thời có chế độ hoạtđộng 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 âmSRF05, cảm nhận môi trường xung quanh robot

 Robot có khả năng hoạt động dưới sự điều khiển từ xa của người dùngthông qua sóng vô tuyến RF

1.5 Các khối chức năng cần có

Từ việc xác định các chức năng cần phải có trong bài toán ta xác định được bàitoán cần các khối chức năng sau

 Khối nguồn: chức năng cấp nguồn điện đầu vào +5V cho hệ thống

 Khối điều khiển trung tâm: gồm 3 khối nhỏ ( khối reset, khối tạo xungdao động và khối vi điều khiển)

- Khối tạo xung dao động: chức năng tạo xung nhịp với tần số thạch anh20MHz

- Khối vi điều khiển( PIC 16F877A) : chức năng điều khiển hệ thống hoạtđộng, xử lý các thông tin từ các sensor báo về sau đó điều khiển hoạtđộng của động cơ

 Khối điều khiển 2 động cơ ( IC L298): chức năng điều khiển tốc độ vàchiều thuận, nghịch của 2 động cơ

 Khối cảm biến (SRF05): chức năng giúp xác định trạng thái môi trườngbên ngoài (xác định vật cản) sau đó gửi trạng thái môi trường tới bộ xử lýrồi đưa ra các phản ứng điều khiển robot để đối phó với các sự kiện bênngoài

 Khối hiển thị LCD: chức năng hiển thị kết quả đo đạc của sensor cảmbiến SRF05

 Bộ thu- phát RF: chức năng thu và nhận tín hiệu sóng vô tuyến RF điềukhiển hoạt động của robot

Nguyên lý hoạt động của bộ thu phát RF

+ Modul phát: khi cấp mức logic 0 hoặc 1 vào chân data tương ứng thìmodul RF sẽ không phát hoặc phát sóng điện từ

+ Modul thu: bên thu sẽ thu sóng điện từ và khi nhận được sóng chân data

sẽ xuất ra mức logic 1, không thu được sẽ xuất ra mức logic 0

CHƯƠNG 2 – GIẢI BÀI TOÁN TÌM ĐƯỜNG TRÁNH VẬT CẢN CỦA XE TỰ HÀNH

Theo lý thuyết môi trường hoạt động của xe tự hành có thể là đất, nước,không khí, không 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 hành thành 2lớp: chuyển động bằng chân hoặc bằng bánh Trong đề tài này chúng ta sẽnghiên cứu xe tự hành chuyển động bằng bánh, xe tự hành chuyển động bằngbánh làm việc tốt trong hầu hết các địa hình do con người tạo ra Điều khiển dichuyển bằng bánh cũng đơn giản hơn nhiều, gần như luôn đảm bảo tính ổn định.Lớp chuyển động bằng bánh có thể chia ra làm 3 loại: loại chuyển động bằngbánh xe, loại chuyển động bằng vòng xích và loại hỗn hợp bánh xe vòng xích

Tiềm năng ứng dụng của xe tự hành là lớn, có thể kể đến robot vận hànhvật 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 quyếtđược của robot tự hành như chi phí chế tạo cao đã không cho phép chúng đượcứng dụng rộng rãi Ngoài ra còn phải kể thêm nhược điểm của robot tự hành làthiếu tính linh hoạt và thích ứng khi làm việc ở những vị trí khác nhau

2.2 Mô hình hóa và động học robot

Kết cấu robot lựa chọn gồm 3 bánh trong đó 2 bánh chủ động (phía trước) và 1bánh tùy động (phía sau) có khả năng tùy ý

Với kết cấu cơ khí này robot có khả năng di chuyển rất linh hoạt, lùi và quay 1góc bất kỳ

Hình 2.1: Mô hình và động học robotGọi s1, s2 là đoạn dịch chuyển từ bánh xe tùy động tới 2 bánh chủ động

Ta có:

=

Với 1, 2, r lần lượt là lượng dịch chuyển quay và bán kính của 2 bánh chủđộng.

T là khoảnh cách giữa 2 bánh, và là bán kính và góc dịch chuyển củarobot trong mặt phẳng nằm ngang Khi đó

= ( )

=

Ta xét 2 trường hợp sau của chuyển động:

TH1: robot đi theo quỹ đạo là đường thẳng (tiến hoặc lùi)

Vị trí của robot được xác định bởi tọa độ gốc của D ( ), góc định hướng

tọa độ tại thời điểm thứ (i) được xác định như sau:

2.3 Giải bài toán tìm đường cho robot tự hành

Dò đường là 1 khoa học dẫn hướng robot tự hành di chuyển trong không gianlàm việc của nó (đất, nước, không khí ) Trong vấn đề dò đường, bài toán đượcquan tâm nhiều nhất là tìm đường về đích mà không chạm vật cản trên đường đi

Có 2 loại bài toán tìm đường trên đường đi cho robot: bài toán cục bộ, và bàitoán toàn cục

 Trong bài toán cục bộ, môi trường làm việc của robot hoàn toàn không đượcbiết trước hoặc nếu có chỉ là 1 phần, robot hoàn toàn phải nhờ vào sự cảmnhận môi trường thông qua cảm biến gán trên nó để dò đường

 Lợi thế: yêu cầu tính toán, dung lượng nhớ thấp, tính linh hoạt cao(tránh được vật cản ngay cả khi vật đó di chuyển)

 Hạn chế: do robot tìm đường cục bộ chỉ biết được thông tin xung quanhthông qua sensor cảm nhận môi trường gắn cùng nên robot tìm đườngcục bộ có thể không hoàn thành việc tới đích

 Trong bài toán toàn cục, bản đồ môi trường làm việc của robot hoàn toànđược biết trước, vấn đề cần giải quyết là tìm đường đi cho robot trước khi nóxuất phát

 Lợi thế: ta đã biết trước có đường đi tối ưu tới đích hay không trước khirobot khởi hành

 Hạn chế: đòi hỏi nhiều lệnh tính toán và bộ nhớ, tình huống xấu có thểxảy ra là nếu bản đồ môi trường làm việc không được khai báo chínhxác, yêu cầu biết trước hoàn toàn môi trường hoạt động cũng là 1nhược điểm.

Trong tiểu luận em tập trung vào việc giải quyết bài toán tìm đường cục bộnhưng ở mức độ đơn giản Môi trường làm việc của robot là 1 mặt phẳng, đượcgiới hạn bởi các bức tường, các vật cản được xem là vật cản 2 chiều , tĩnh hoàntoàn

Ở bài toán cục bộ robot được trang bị sensor xác định khoảng cách từ bánh xetùy động tới vật cản

2.3.1 Bài toán tìm đường cục bộ

Một cách tìm đường cục bộ khá hoàn hảo là phương pháp bản đồ noroncực của Michail G Lagoudakis (1998) dùng 16-32 cảm biến gán trên con robotNormad tạo trường cảm biến bao phủ xung quanh con robot, thuật toán sử dụng

là thuật toán ánh xạ noron tương đối phức tạp Do giới hạn của tiểu luận phươngpháp này không đề cập đến

Phương pháp được đề cập đến ở đây sử dụng 3 cảm biến dò đường xác địnhkhoảng cách từ bánh xe tùy động tới vật cản tùy vào khoảng cách tới vật cảnứng với từng cảm biến, ta xác định được phương hướng di chuyển robot phùhợp

Hình 2.2: Cách đặt ba cảm biến của robot

Các cảm biến được đặt lệch 1 góc α ( chọn α=25°) khoảng cách lớn nhấttính từ D mà các cảm biến có thể nhận diện được vật cản là dmax, dmax và αphải đảm bảo sao cho cảm biến có vùng kiểm tra đủ rộng để khi tiến thẳng robot

có thể nhận diện được vật cản

Hình 2.3: Không gian làm việc của robot trong mặt phẳng 2 chiều

Gọi:

Các ứng xử của robot khi sensor phát hiện vật cản

Có 7 tình huống khác nhau khi sensor phát hiện vật cản, mỗi tình huống cần cócách ứng xử riêng

 Tình huống 1: cả 3 cảm biến đều phát hiện vật cản

- Nếu dl>dr thì robot quay sang trái: = ( Ox)

- Nếu dl<= dr thì robot quay sang phải = ( Ox)

 Tình huống 2: chỉ có cảm biến bên trái không phát hiện ra vật cản

Robot quay sang trái = ( Ox)

 Tình huống 3: chỉ có cảm biến bên phải không phát hiện ra vật cản

Robot quay sang phải = ( Ox)

 Tình huống 4: chỉ có cảm biến giữa không phát hiện ra vật cản

Robot quay sang phải 1 góc 90 (gán = - 90 ), sau đó hiệu chỉnh

 Tình huống 5: chỉ có cảm biến bên trái phát hiện ra vật cản

Robot quay sang phải 1 góc 25 ( gán = - 25 ) sau đó hiệu chỉnh

 Tình huống 6: chỉ có cảm biến bên phải phát hiện ra vật cản

Robot quay sang trái 1 góc 25 ( gán = + 25 ) sau đó hiệu chỉnh

 Tình huống 7: chỉ có cảm biến ở giữa phát hiện ra vật cản

Robot quay sang trái 1 góc 90 ( gán = - 90 ) , sau đó hiệu chỉnh

Khi robot đang quay hướng về đích, nếu phát hiện vật cản nó sẽ tiến hànhchuyển hướng quay luôn Để đảm bảo điều này, trong quá trình quay hướng vềđích, mỗi lần robot quay 1 đơn vị (dv) nhỏ, ta phải cập nhật cảm biến Sau khirobot chuyển hướng rồi tiến thẳng 1 đoạn, vẫn có khả năng robot chạm vật cản( nhất là ở những ngõ cụt) vì vậy khi robot quá gần vật ta tiến hành lùi

lại 1 đoạn quay 1 góc 45 sang phải (gán = - 45 ) hiệu chỉnh

sau đó cập nhật cảm biến

Khi khoảng cách nhỏ hơn DI, DJ, DK tức là robot quá gần vật cản.

 Hỏi: ưu và nhược điểm của phương pháp là gì?

 Trả lời: ưu điểm chính của phương pháp là robot chỉ phải sử dụng 3 cảm biến

đo khoảng cách cùng 1 thuật toán đơn giản, mà hiệu quả quá trình tìm đườngcủa robot khá cao

Nhược điểm chính là robot không thể xác định đầy đủ biên của vật cản do chỉ

có 3 cảm biến vì vậy dẫn đến tình huống robot vẫn có thể chạm vật hoặckhông về được đích

 Hỏi: Robot sử dụng 3 cảm biến có khả năng chạm vật cản không?

 Trả lời: robot sử dụng 3 cảm biến vẫn có khả năng chạm vật cản tuy nhiênkhả năng đó ít xảy ra do robot có thêm thủ tục lùi lại khi cảm biến phát hiệnvật cản quá gần robot Muốn robot hoàn toàn không chạm vật, ta cần có 1 hệcảm biến bao phủ toàn bộ 1 vùng xung quanh robot cùng 1 thuật toán phứctạp hơn

2.3.2 Thuật toán xử lý kết quả đo khoảng cách để xuất lệnh

Void xu_ly()

{

Int8 Lenh_tam = lenh;

If ( khoang_cach_phai < khoang_cach_min || khoang_cach_trai < khoang_cach_min)

}

If ( (khoang_cach_trai > khoang_cach_max) && (khoang_cach_phai >khoang_cach_max ))

{

lenh = lenh_tien; // điều khiển xe tiến

Dieu_khien (); // đưa lệnh tới động cơReturn ;

}

}

CHƯƠNG 3 – CẤU TẠO PHẦN CỨNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRONG ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN

Phân tích cấu tạo và chức năng của các khối trong sơ đồ mạch điều khiển của

xe tự hành tránh vật cản:

Hình 3.1: Sơ đồ mạch của hệ thống điều khiển xe tự hành tránh vật cản

Hình 3.2: sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển xe tự hành tránh vật cản

 Nguyên lý hoạt động:

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 tới 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 số40KHz sau đó nó sẽ chờ đợi xung phản xạ về Thời gian từ lúc xung đicho tới khi xung về có thể dễ dàng tính ra khoảng cách từ SRF05 tớivật cản

 Khi phát ra xung và chờ xung phản xạ về, chân Echo của SRF05 đượckéo lên mức cao(echo =1) khi có xung phản xạ về chân Echo sẽ đượckéo xuống thấp hoặc 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 khác nhau có thể xảy ra khi sensor phát hiệnvật cản, mỗi tình huống cần có cách ứng xử riêng) và ra quyết định điềukhiển 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 ngoàicủa PIC

 Khi muốn đo khoảng cách ta sẽ kích hoạt chân Trigger, 1 xung tối thiểu10ms sau đó đợi chân echo lên mức cao Kích hoạt timer và đợi chânEcho xuống mức thấp, khi chân Echo xuống mức thấp dừng timer vàtính toán giá trị từ timer để suy ra khoảng cách

3.1 Khối nguồn

Hình 3.3: Mạch nguồn kết nối với VDK

3.1.1 Thông số chính của mạch

Đây là mạch dùng để tạo nguồn điện áp chuẩn +5V dùng IC 7805

- Hoạt động: đầu vào là nguồn điện 7.4V đưa vào bộ Diod cầu để cho radòng điện 1 chiều

- Mạch ổn áp: cần cho vi điều khiển vì nếu nguồn cấp cho vi điều khiểnkhông ổn định thì vi điều khiển sẽ bị treo, không chạy hoặc reset liêntục và có thể dẫn đến vi điều khiển bị chết

 Điện áp đầu vào: 7.4V (Lấy từ 2 cục pin Li-ion ) điện áp 3.7V códung lượng khoảng 840mAh mắc nối tiếp với nhau

 Điện áp đầu ra: 5V – 1A

3.1.2 Linh kiện cần có trong mạch

 Tụ điện không phân cực C2 = 100nF

 Led báo nguồn và điện trở Led

 Ổn áp 7805

 Diode cầu

 Tụ điện hóa C1 = 100uF

GT: để tạo ra mạch dao động với xung dao động f=1,5Hz , với R= 1K (cácled chiếu sáng thường có mức ghim áp là 2V và dòng làm việc lấy 10mA

là đủ sáng Nguồn nuôi 12V, áp dụng định luật ôm ta có:

R = = 1K

áp dụng công thức ta tính được C1 = 100uF)

3.1.3 Nguyên tắc hoạt động của mạch

Trên mạch ổn áp 5V khá đơn giản sử dụng 7805 Mạch được sử dụng nhiềutrong các mạch điều khiển, mạch cấp nguồn cho các mạch tín hiệu Mạch chỉxoay quanh chức năng ổn định điện áp của con 7805 do mạch sử dụng 7805nên hoạt động của mạch chính là sự hoạt động bên trong của 7805

Hình : Hình ảnh Pin Li-ion 3.7V dòng 840mAh

Tìm hiểu chi tiết:

 Linh kiện ổn áp 7805

- 7805 là loại IC dùng để ổn định điện áp dương đầu ra với điều kiện đầuvào luôn luôn > đầu ra 3V – 5V

 7805 gồm 3 chân: Chân 1: Input là chân nguồn đầu vào

Chân 2: GND chân nối đất

Chân 3: Output chân nguồn đầu ra

Chân 1 (chân điện áp đầu vào): đây là chân cấp nguồn điện đầu vào cho 7805hoạt động

Chân 3 (chân điện áp đầu ra): chân này cho chúng ta lấy điện áp đầu ra ổnđịnh 5V, đảm bảo đầu ra ổn định luôn nằm trong giải từ 4.75V – 5.25V

 Đảm bảo thông số: > 3V thông số này phải luôn đảm bảo khi cấpnguồn cho 7805, tức là điện áp cấp vào cho 7805 phải nằm trong khoảng

từ 8V – 40V Nếu dưới 8V thì mạch ổn áp không còn tác dụng thôngthường người ta không bao giờ cấp nguồn 8V vào mà người ta phải cấpnguồn lớn hơn ít nhất là gấp đôi nguồn đầu ra để tránh trường hợp sụt ápđầu vào sinh ra nguồn đầu ra không ổn định trong thời gian ngắn

 Thành phần lọc nguồn, lọc nhiễu

Như chúng ta đã biết tụ C1 là tụ hóa dùng để lọc điện áp Vì đây là điện áp

1 chiều nhưng chưa được phẳng vẫn còn gợn nhấp nhô nên tụ này có tácdụng lọc nguồn cho thành điện áp 1 chiều phẳng

+ Tụ C1 lọc nguồn đầu vào cho 7805 Tụ này là tụ hóa phải có điện dung đủlớn để lọc phẳng điện áp đầu vào và điện áp tụ chịu đựng phải lớn hơn điện ápđầu vào

+ Tụ C2 lọc nguồn đầu ra cho 7805 Tụ lọc nhiễu tần số cao C2 phải là tụkhông phân cực, tụ này lọc các thành phần sóng nhấp nhô, nhiễu bên ngoài ởđầu ra đảm bảo cho mạch hoạt động bình thường.

 Hỏi: Phần đèn led tại sao phải sử dụng điện trở hạn dòng R = 1K?

 Trả lời: các led chiếu sáng thường có mức ghim áp là 2V và dòng làm việclấy 10mA là đủ sáng Nguồn nuôi 12V, áp dụng định luật ôm ta có

R = = 1K

 Hỏi: Vì sao trong mạch cần sử dụng IC ổn áp 3 chân 7805?

 Trả lời: Để có mức áp DC 5V có độ ổn định tốt, trong mạch ta nên dùng

IC ổn áp 3 chân 7805

 Hỏi: Vai trò của tụ C1, C2 trong mạch là gì?

 Trả lời: Với loại IC ổn áp tích cực (7805) để tránh hiện tượng mạch điệntrong IC không phát sinh hiện tượng dao động tự kích , dùng tụ C1 (tụhóa) có tác dụng dập dao động tự kích khi sử dụng ổn áp IC 7805 và dùng

tụ C2 (tụ giấy không phân cực) làm tụ lọc nhiễu tầng số cao ở ngõ ra

3.2 Khối điều khiển trung tâm

Khối điều khiển trung tâm bao gồm 3 khối nhỏ: khối reset, khối tạo xung daođộng và khối vi điều khiển