Thiết kế mạch điều khiển robot bằng tay trong cuộc thi robocon 2012

Thiết kế mạch điều khiển robot bằng tay trong cuộc thi robocon 2012

LỜI NÓI ĐẦU

Thiết kế robot là lĩnh vực hấp dẫn, thu hút nhiều đối tượng tham gia Robocon

là viết tắt của Robot Contest, chỉ những loại robot chuyên làm một số công việc nhấtđịnh như đá bóng, leo trèo, gắp đồ vật… Mỗi năm có một chủ đề khác nhau,vì vậyrobot ở từng năm cũng khác nhau, có thiết kế và chức năng khác nhau tùy theo chủ đề

Để thiết kế được một con robot, ta cần rất nhiều kiến thức về vật lý, hóa học, điện, điện tử và cả mỹ thuật, hội họa… Vì vậy, robocon thực sự là một cuộc chơi của trí tuệ tổng hợp, có khả năng kích thích ý tưởng sáng tạo của những người tham gia

Với mong muốn đề tài có tính thực tế, chúng em chọn làm đề tài “ Thiết kế mạch điều khiển robot bằng tay trong cuộc thi ROBOCON 2012” Trong quá trình

thực tập tại xưởng điện tử, chúng em đã được sự chỉ bảo tận tình của thầy Lê Hồng Nam , nhưng do đề tài gồm nhiều module và khối lượng tính toán, lập trình tương đối

lớn nên không thể tránh khỏi những sai sót Kính mong các thầy giáo chỉ bảo thêm đểgiúp chúng em bổ sung và nắm vững hơn vốn kiến thức của mình

Đối với các thiết bị tự động thì các chíp vi điều khiển,các bộ vi xử lý trung tâmđóng vai trò hết sức quan trọng.Do đó trong đề tài lần này nhóm em sử dụng chipAtmega64 của Atmel để điều khiển mọi hoạt động của thiết bị

Đà Nẵng, ngày 08 tháng 06 năm 2012

Nhóm 7-08CDT1

Cơng suất tiêu tán trên điện trở nhỏ hơn cơng suất tiêu tán lớn nhất mà điện trở chịu được.

1.1.4.Đọc thơng số kỹ thuật :

Điện trở thường : đọc giá trị điện trở qua các vịng màu trên thân điện trở

* Quy ước màu quốc tế :

- Cách đọc giá trị điện trở 4 vịng màu:

Vạch màu cuối cùng là vạch sai số Đối với mạch điện tử dân dụng thì ta khơngquang tâm tới vạch này Nhưng đối với mạch cĩ độ chính xác cao thì cần chú ý tớivạch này

Vạch cạnh vạch cuối là vạch là vạch lũy thừa 10

Vạch cịn lại là vạch cĩ nghĩa

Ví dụ: Điện trở cĩ 4 vạch màu

Điện trở cĩ 5 vạch màu:

- Điện trở cơng suất và biến trở giá trị được ghi trên thân của nĩ

Điện trở có giá trị: R = 21.103  5%

Điện trở có giá trị: R = 217.103  5%

Tím

- Điện trở công suất: giá trị điện trở và công suất tối đa cho phép mà điện trở chịuđược ghi ở trên thân của điện trở.

1.1.5.Cách kiểm tra điện trở :

Dùng đồng hồ VOM để kiểm tra điện trở

- Kiểm tra điện trở còn hoạt động hay đã cháy:

Để đồng hồ VOM ở thang đo thông mạch, chập 2 que đo lại với nhau, đồng hồ phát ra tiếng kiêu và đèn sáng thì kết luận mạch thông

- Chập 2 que đo của đồng hồ vào 2 chan của điện trở Nếu đồng hồ phát ra tiếng kiêu thì điện trở còn hoạt động, nếu đồng hồ không phát ra tiếng kiêu thì điện trở đã bị cháy

- Đo điện trở trên đồng hồ VOM:

Bước 1 : Để thang đồng hồ về các thang đo điện trở Nếu điện trở nhỏ thì để thang

đo X1ohm, nếu điện trở lớn thì để thang X1kohm hoặc X10kohm Sau đó chập 2 que

đo và chỉnh triết áo để kim đồng hồ báo vị trí 0 ohm

Bước 2: Đặt que đo vào 2 đầu điện trở, đọc trị số trên thang đo, giá trị đo được bằng chỉ số thang đo x thang đo

Bước 3 : Nếu để thang đo quá cao thì kim chỉ không chính xác

Nếu để thang đo quá thấp, kim lên quá nhiều cung không chính xác

Nếu giá trị đo la 0 ohm ( thông điện trở) thì điện trở bị cháy hoặc giá trị đokhác xa giá trị ghi trên điện trở thì trở đã bị hỏng

Công suất tiêu tán: P tt  I R2

Điều kiện để điện trở làm việc bình thường: P tt I R P2  ttmax

1.1.7.Kiểm tra linh kiện trên mạch:

- Dùng đồng hồ VOM để kiểm tra điện trở trên mạch, cách kiểm tra cũng tương tựnhư đo điện trở ở ngoài mạch nhưng trên mạch thì chỉ biết được điện trở còn hoạt độnghay đã bị cháy, không xác định được chính xác giá trị điện trở khi điện trở đang ở trên mạch

1.1.8.Nhận xét:

Điện trở là linh kiện điện tử được sử dụng nhiều nhất trong số các linh kiện, và có

nhiệm vụ gây ra sự sụt áp trong mạch điện

R 1

1.2.3.Điều kiện làm việc :

- Điện áp đặt vào tụ không được phép lớn hơn điện áp ghi trên tụ

- Đối với tụ hóa thì phải mắc đúng cực dương và cực âm của tụ vào mạch

1.2.4.Đọc thông số kỹ thuật:

- Thông số kỹ thuật của tụ bao gồm : điện dung và điện áp lớn nhất được phép rơi trên tụ

- Đối với tụ hóa: giá trị điện dung và điện áp lớn nhất của tụ ghi trên thân tu

- Đối với tụ gốm, tụ giấy: trị số được ghi bằng ký hiệu

- Cách tính giá trị điện dung:

+ Lấy 2 chữ số đầu tiên nhân với 10 ( đơn vị là picofara)

Ví dụ: tụ gốm ghi 474k

Giá trị điện dung là: 47.104470000pF0.47F

+ Chữ K ở cuối là sai số 5% , chữ t ở cuối là sai số 10%

1.2.5.Kiểm tra tụ điện : Dùng đồng hồ VOM

C 1

C 2

- Đối với tụ giấy và tụ gốm thường ở hỏng ở dạng bị rò rỉ hoặc bị chập, để phát hiện tụ rò rỉ hoặc bị chập ta thực hiện phép đo như sau :

+ Khi đo tụ đất : Kim phóng lên 1 chút rồi trở về vị trí cũ ( các tụ nhỏ quá 1nF thì kim không vọt lên)

+ Khi đo bị rò thì kim lên lưng chừng thang đo và dừng lại không trở về

vị trí cũ

+ Khi đo tụ bị chập ta thấy kim lên bằng 0  và không trở về

Lưu ý : Khi đo kiểm tra tụ giấy hoặc tụ gốm ta phải để đồng hồ ở thang X1K  hoặc X10K  và phải đảo chiều kim đồng hồ vài lần khi đo

- Kiểm tra tụ hóa :

+ Tụ hóa ít bị dò hay bị chập như tụ giấy nhưng chúng lại hay hỏng ở dạng bị khô ( khô hóa chất ở trong lớp điện môi) làm điện dung của tụ bị giảm Để kiểm tra tụ hóa ta thường so sánh độ phóng nạp của tụ với 1 tụ còn tốt có điện dung

+ Dùng một tụ mới còn tốt có cùng điện dung với tụ cần kiểm tra

+ Để đồng hồ ở thang đo từ X1  đến X100  điện dung càng lớn thì để thang càng thấp

+ Đo vào 2 tụ và so sánh độ phóng nạp, khi đo ta đảo chiều que đo vào lần

+ Nếu 2 tụ phóng nạp bằng nhau là cần kiểm tra còn tốt

+ Nếu tụ cần kiểm tra phóng nạp kém hơn thì nó bị khô

+ Nếu kim lên mà không trở về là tụ bị dò

- Khi tự nạp đầy : Q = C.E

1.2.7.Kiểm tra tụ trên mạch :

Để kiểm tra tụ trên mạch ta lấy 1 chân tụ ra khỏi mạch in sau đó kiểm tra nhưtrên

- Diot thường : chit cho dòng điện chạy qua theo 1 chiều từ A->K

+ Để diot làm việc phải phân cực thuận cho diot Diot bắt đầu dẫn khi Vak = Va=0,7V

+ Diot Zenner được phân cực ngược, điện áp ổn định Vz

1.3.3.Đọc thông số kỹ thuật :

- Diot thường : thông số kỹ thuật là dòng điện cực đại qua diot và điên áp ngược cực đại được phép đặt lên diot

+ Dòng điện cực đại qua diot được ghi trên thân của diot

+ Điện áp ngược cực đại được phép đặt lên diot được tra trong datasheet củatừng loại diot

- Diot Zenner : thông số kỹ thuật là điện áp ổn định Vz và dòng điện ngược tối đacho phép Izmax ( hoặc công suất tiêu tán cực đại Pzmax)

Các thông số này được tra trong bảng Datasheet của từng diot

1.3.4.Kiểm tra diot : Dùng đồng hồ VOM

- Đặt đồng hồ ở thang đo X1om, đặt 2 que đo vào

+ Đo chiều thuận : que đen vào Anot, que đỏ vào Katot Nếu kim lên, đảo chiều kim đồng hồ không thấy lên thì diot tốt

+ Nếu đo cả 2 chiều mà kim đồng hồ = 0 om là diot bị chập.

+ Nếu đo chiều thuận mà kim đồng hồ không lên thì diot bị đứt

+ Nếu để thang đo 1kom mà đo ngược vào diot kim vẫn lên 1 chút là diot

+ Ở trên : V1 là điện áp một chiều chưa ổn định

V2 lad điện áp lấy ra trên tải ổn định

VZ V

1.3.6.Kiểm tra Diot trên mạch :

- Cách kiểm tra diot trên mạch cũng tương tự như cách kiểm tra diot ở ngoài mạch

* Nhận xét :

- Diot là linh kiện bán dẫn được sử dụng trong mạch điện cho nhiều mục đích : nắn dòng, chỗng dòng ngược, ổn định điện áp, bảo vệ các phần tử bán dẫn khac BJT, FET

1.4.BJT : BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR

Các transistor A và C thường có công suất nhỏ và tần số làn việc cao.

Các transistor B và D thường là những transistor công suất lớn và tần số làm việc thấp hơn

-Transistor do Mỹ sản xuất thường ký hiệu là 2N ví dụ : 2N2222, 2N3055

- Transistor Trung Quốc sản xuất bắt đầu bằng 3 số tiếp theo là chữ cái thứ nhất cho biết loại transistor, chữ A và B là loại pnp, chữ C và D cho biết đặc điểm , X và P

là âm tần và A và G là cao tần, các chữ số phía sau chỉ thứ tự sản phẩm Ví dụ :

- Với các loại BJT công suất lớn thì hầu hết điều có chung thứ tự chân là : Bên trái là B, giữa là C và bên phải là E

- Đo và xác định chân B và chân C:

+ Với BJT công suất nhỏ thì thông thường chân E ở bên trái như vậy ta chỉ xác định chân B và suy ra chân C là chân còn lại

+ Để đồng hồ ở thang đo X 1 , đặt cố định 1 que đo vào từng chân, que kia

di chuyển sang 2 chân còn lại

Nếu kim lên bằng nhau thì chân có que cố định là chân B, nếu que đồng hồ cốđịnh là que đen thì BJT npn, que đồng đỏ là BJT pnp

+ Đọc thông số kỹ thuật:

- Thông số kỹ thuật của BJT boa gồm:

+ Điện áp lớn nhất được phép đặt lên C và E: V CEO

+ Dòng điện lớn nhất cho phép qua tiếp giáp JC : I C0

+ Công suất lớn nhất tiêu tán của BJT: Pmax

- Các thông số kỹ thuật này được ghi trong datasheet của từng loại BJT

1.4.5.Kiểm tra BJT:

- BJT khi hoạt động có thể bị hư hỏng do nhiều nguyên nhân như hỏng do nhiệt

độ, độ ẩm, đo điện áp nguồn tăng cao hoặc do chất lượng của bản thân BJT, để kiểm tra BJT ta chú ý đến cấu tạo của chúng:

- Kiểm tra BJT ngược NPN tương tự như kiểm tra 2 diot đấu chung cực là B( Nếu đo từ B sang C và từ B sang E ( que đen vào B) thì tương đương như đo 2 diot thuận chiều Kim đồng hồ lên, tất cả các trường hợp đo khác kim không lên

- Kiểm tra BJT thuận PNP tương tự kiểm tra 2 diot đấu chung cực Katot, điểm chung là cực B của BJT, nếu đo từ B sang C và B sang E ( que đỏ vào B) thì tương đương từ B sang C và B sang E ( que đỏ vào B) thì tương đương nhử đo 2 diot thuận chiều

Kim lên tất cả các trường hợp đo khác kim không lên

- Trái với các điều trên là transistor bị hỏng

- BJT có thể bị hỏng ở các trường hợp:

+ Đo thuận chiều từ B sang E hoặc từ B sang C Kim đồng hồ không lên là BJT bị đứt BE hoặc đứt BC

+ Đo từ B sang E hoặc từ B sang C kim lên cả 2

chiều là chập hay dò BE hoặc BC

+ Đo giữa C và E kim lên là bị chập CE

B

- Mạch phân cực cho BJT hoạt động phải thỏa mãn điều kiện: JE phân cực thuận,

Jc phân cực nghịch Trong các mạch phân cực cho BJT thì phân cực bằng cầu phân áp

 Mạch có điện trở vào rất lớn ,điện trở ra rất nhỏ ,có khả năng khuếch đại dòng điện nhưng không co khả năng khuếch đại điện áp vào, điện áp ra cùng pha nhau

1.4.7.Kiểm tra BTT trên mạch :

- Cách kiểm tra BTT trên mạch cũng tương tự như cách kiểm tra BTT ở ngoài

mạch Mục đích của việc kiểm tra này là để biết xem BTT còn sống hay đã chết

* Nhận xét:

- BTT là linh kiện điện tử được sủ dụng rộng rãi trong các mạch điện cho các mục đích khuếch đại ,làm khóa điện tử đóng gắt,… Nhược điểm chính của BTT là thông số kỹ thuật của nó phụ thuộc vào nhiệt độ và điện trở đầu vào của BTT không lớn

Cuộn dây có lõi không khí

1.5.3.Điều kiện làm việc:

Dòng điện qua cuộn dây không được phép lớn hơn dòng lớn nhất mà cuộn dây lựa được

1.5.4.Đọc thông số kỹ thuật :

- Thông số kỹ thuật của cuộn cảm bao gồm :

+ Hệ số tự cảm : L Đặc trưng cho sức điện động cảm ứng của cuộn dây khi

có dòng điện biến thiên chạy qua Thông số này được ghi trên cuộn cảm

+Cảm kháng của cuộn dây là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở dòng điện của cuộn dây đối với dòng xoay chiều

+ điện trở thuần của cuộn dây : là điện trở mà ta có thể đo được bằng đồng

hồ vạn năng ,nếu cuộn dây còn tốt thì điện trở thuần phải tương đối nhỏ so với cảm

kháng ,điện trở thuần còn gọi là điện trở tổn hao vì chính điện trở này sinh ra nhiệt khicuộn dây hoạt động

+dòng điện lớn nhất cho phép qua cuộn dây la dòng lớn nhất chạy qua cuộn dây mà cuộn dây còn hoạt động tốt

Các thông số này được ghi trên cuộn cảm

1.5.5.Kiểm tra cuộn cảm:

- Dùng đồng hồ VOM để kiểm tra cuộn cảm có bị đứt dây hay không

+Để đồng hồ ở thang đo thông mạch ,chập 2 que đo vào 2 đầu dây ,nếu đồng hồ có tín hiệu (đèn báo hoặc tiềng vòi) thì cuộn cảm còn hoạt động ,nếu không thì cuộn cảm bị đứt

- Dùng đồng hồ VOM để đo điện trở thuần của cuộn cảm :

+Để đồng hồ ở thang đo trở: chập 2 que đo lại với nhau -> chỉnh triết có về

0  sau đó chập 2 que đó vào cuộn dây ,đợi đến khi ổn định ta đọc đươc điện trở thuần của cuộn dây

1.5.7.Kiểm tra cuộn cảm trên mạch :

Cách kiểm tra cuộn cảm trên mạch cũng tương tự như kiểm tra cuộn cảm ở trên ngoài mục đích là để xác định cuộn cảm còn hoạt động hay đã bị đứt

* Nhận xét: Cuộn cảm là linh kiện tạo ra 1 sự cản trở dòng điện trong mạch tại thờiđiểm ban đầu mục đích là ngăn không cho dòng điện trong mạch tăng đột biến điều này gây nguy hiểm cho các thiết bị khác trong mạch điện

1.6.MOSFET:

- Thông số kỹ thuật của Mosfet bao gồm :

+Dòng điện I lớn nhất mà Mosfet chiụ được D

+ Điện áp V lớn nhất mà Mosfet chịu được GS

+Công suất tiêu tán lớn nhất ma Mosfet

 Các thông số kỹ thuật này được tra trong datasheet của Mosfet

1.6.5.Kiểm tra Mosfet:

- Một Mosfet còn tốt là khi đo trở kháng giữa G với S và giữa G với D có điện trở bằng vô cùng (Kim không lên cả 2 chiều ) và khi G đã được thoát điện thì trở kháng giữa D vá phải là vô cùng.

- Các bước kiểm tra như sau :

+ Chuẩn bị để thang 1 k 

+ Nạp cho G 1 điện tích ta đo giữa D và S (que đen vào D que đỏ vào

S => kim lên

+ Chập G vào D hoặc G vào S để thoát điện chân G

+ Sau khi đã thoát điện chân G đo lai DS như trên kim không lên => Mosfet tắt

- Đo Mosfet bị hỏng :

+ Để đồng hồ ở thang 1k 

+ Đo giữa G và S hoặc giữa G và D nếu kim lên =0  là chập

+ Đo giữa D và S mà cả 2 chiều đo kim lên =0  là chập DS

 Đây là phương trình đường phân cực:

- Do điều hành theo kiểu tăng nên ta phải chọn R R R sao cho:1, 2, S V GS V S R I S D tức

1.6.7.Kiểm tra Mosfet trên mạch :

- Khi kiểm tra Mosfet trên mạch ta chỉ cần để thang 1  và đo giữa D va S -> Nếu 1 chiều kim lên , đảo chiều đo kim không lên -> Mosfet bình thường ,nếu cả 2 chiều kim lên =0  là Mosfet bị chập

+V A V K, SCR phân cực nghịch => SCR tắt => dòng qua SCR là dòng rò0

I Có giá trị nhỏ

Nếu V KA V BR( break down)=> I  => SCR bị đánh thủng 0

+V A V K SCR được phân cực thuận

i i i   i   Q Q nhanh chóng đi vào dẫn bão hòa =>I c Q/ 1 I A I SCR

- Khi SCR đã dẫn nếu I  hoặc g 0 I  , g 0 I  g 0

 SCR vẫn tiếp tục dẫn ,nhược điểm của SCR cho phép kích dẫn bằng cực cổng nhưng không cho phép tắt bằng cực cổng

- Đặt đồng hồ thang 1  ,đặt que đen vào Anat ,que đỏ vào kata ban đầu kim không lên dùng Tounerit chập chân A vào B => thấy đồng hồ lên kim,sau đó bỏ

touneruit ra => Đồng hồ vẫn lên kim =>SCR tốt

- Tất cả các trường hơp còn lại là SCR bị hỏng

G

* Đặc tuyến V_A của SCR

1.7.7.Kiểm tra linh kiện trên mạch :

- Đo kiểm tra SCR trên mạch cũng tương tự như cách kiểm tra SCR ở ngoài mạch

• Nếu VEE> (hVBB + VD) à diode D phân cực thuận cĩ dịng IE do lỗ trốngchảy từ E sang B1 và điện tử chảy từ B1 sang E

• Điện trở rB1 phụ thuộc vào dịng IE Khi IE tăng rB1 giảm đáng kể, ví dụ nếudịng IE tăng từ 0 đến 50A thì rB1 cĩ thể giảm từ 5K xuống cịn 50

• Kết quả là dịng IE tăng và điện thế UE giảm Ta cĩ một vùng điện trở âm củađặc tuyến Von-Ampe

PN

B

2

B1E

Cấu tạo bên trong

UJT

Ký hiệu của UJT

E

B1 B2

• Khi dòng IE bão hoà (IE = IV), điện áp UE đạt giá trị nhỏ nhất Vv được gọi làđiện áp trũng Sau đó muốn tăng IE phải tăng UE vì số lượng điện tử và lỗ trống

đã đạt đến tình trạng di chuyển bão hoà, đặc tuyến chuyển sang vùng điện trởdương

1.8.4.Các thông số quan trọng của UJT :

- IEmax(mA) : dòng IE cực đâij cho phép

- PD ( mW) : công suất tiêu tán cho phép

- η : hệ số nội suy điện áp

- IP (μA) : dòng điện điểm đỉnh A) : dòng điện điểm đỉnh

- IV (mA)dòng điện điểm trung (dòng bắt đầu dẫn)

- VV (V):điện áp điểm trung

1.8.5.Cách xác định chân UJT:

Dựa vào cấu tạo bên trong của UJT mà suy ra cách xác định chân của UJT

-Ta đặt đồng hồ VOM ở thang đo 1K hoặc 100

- Ta đặt que đo vào 1 chân cố định ,còn que còn lại đảo giữa hai chân còn lại ,nếukim lên đều thì ta đảo 2 que đo với nhau và đo như trên thì kim không lên → chân cố định là chân E

-Ta đặt que đo vào chân còn lại ,ta nối 1 điện trở từ que đen đến chân E,nếu kim vọt lên thì chân ứng với que đen là chân B2,chân còn lại là chân B1