Đề tài thiết kế và thi công robot giám sát vượt địa hình

Ngoài ra các chân portD còn có chức năng đặc biệt: Chân port Chức năng khác PD7 AIN1- ngõ vào so sánh đảo của bộ so sánh Analog PD6 AIN0- ngõ vào so sánh không đảo của bộ so sánh Analog

PHẦN MỞ ĐẦU

- Lý do chọn đề tài: Nắm bắt từ thực tế hiện nay nhiều nước trên thế giới đã ứng

dụng Robot để phục vụ trong nhiều lĩnh vực như: công nghiệp, nông nghiệp trong

quân sự và trong cuộc sống sinh hoạt hằng ngày Trong tương lai Robot sẽ là một

công cụ hỗ trợ đắc lực cho con người và giúp con người vươn đến những tầm cao

mới Nhận thức được xu hướng và tầm quan trọng của Robot trong tương lai, nhằm

góp phần xây dựng và phát triển công nghệ Robot ở Việt Nam, nhóm sinh viên đã

quyết định chọn thực hiện đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ROBOT GIÁM

SÁT VƯỢT ĐỊA HÌNH” với mong muốn đề tài có thể ứng dụng tốt trong cuộc

sống thực tiễn

- Tổng quan lịch sử nghiên cứu của đề tài: Hiện nay Việt Nam và nhiều nước

trên thế giới đã và đang tập trung nghiên cứu nhiều trong lĩnh vực Robot

Hình 1.1: Robot quân sự Vietbot1 do Việt Nam chế tạo [6]

Vietbot1: có hình dáng tương tự một chiếc xe bọc thép, kích thước dài 1,5m,

rộng 0,8m, cao 2m, khối lượng 300 kg, di chuyển trên 6 bánh hơi Điểm nổi bật ở

Vietbot1 là sử dụng cánh tay công gắp RP có khả năng quay 360 độ, có thể tháo lắp

và thay thế bằng một module, tùy theo yêu cầu nhiệm vụ Cánh tay máy có tầm

vươn xa 2 m, gồm 5 bậc tự do được vận hành bằng động cơ điện có thể gắp và giữ

vật nặng tới 20kg [10]

Hình 1.2: Robot leo cầu thang [10]

Robot leo cầu thang: Chuyển động bằng sáu bánh xe Robot leo cầu thang do

trường Đại Học Lạc Hồng chế tạo có thể vượt được những địa hình phức tạp và leo

bậc thang

Hình 1.3: Robot quân sự TALON của quân đội Mỹ [8]

Người máy mặt đất TALON: Có thể tháo ngòi nổ của bom và nhìn qua các vật

cản để phát hiện đối phương [8]

- Mục tiêu nghiên cứu: Đối với nhóm sinh viên, đề tài là bước đầu tìm hiểu, thi

công sản phẩm Robot ứng dụng trong thực tế, đồng thời cũng là bước triển khai

những kiến thức đã được học Thông qua việc nghiên cứu và làm việc nghiêm túc để

rèn luyện tác phong, tinh thần khoa học, cũng như hoàn thiện phương pháp, tư duy

nghiên cứu, giải quyết một vấn đề thực tiễn Quan trọng hơn, đề tài còn là bước

“tổng kết và hoàn thiện” những kỹ năng còn thiếu sót trước khi thực sự trở thành

người kỹ sư Về mặt ứng dụng thực tiễn, đề tài có thể sử dụng hỗ trợ trong giám sát

từ xa, trinh sát tìm kiếm người và vật trong những nơi chật hẹp nguy hiểm

- Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu:

+ Nghiên cứu các cơ cấu truyền động, bánh xe vượt địa hình

+ Thiết kế bản vẽ, chế tạo mô hình theo kích thước thực

+ Nghiên cứu vi điều khiển AVR

+ Thiết kế mạch điều khiển trung tâm, mạch công suất điều khiển động cơ

+ Tìm hiểu và sử dụng bộ thu phát sóng RF wireless để điều khiển từ xa Robot

+ Xây dựng, phát triển thuật toán điều khiển và hệ thống điều khiển

+ Tìm hiểu các loại camera không dây, camera IP

+ Lập trình, điều khiển Robot

+ Nâng cao khả năng vượt địa hình của Robot, đảm bảo độ bền vững cho

Robot từ thực nghiệm

- Phương pháp nghiên cứu: Xuất phát từ thực tế và mục đích nghiên cứu nêu

trên, phương pháp nghiên cứu đề tài được chọn lựa phù hợp nhất

+ Thu thập tài liệu trong và ngoài nước để tìm hiểu cơ sở lý thuyết

+ Nghiên cứu ứng dụng các linh kiện hiện có để thực hiện mô hình

+ Thi công Robot bằng máy CNC, máy tiện, thủ công và thực nghiệm

- Những đóng góp mới của đề tài và những vấn đề mà đề tài chưa thực hiện

được: đề tài có ý nghĩa như những bước đầu chập chững tiến lên ngành công nghiệp

nghiên cứu Robot đang còn yếu của nước ta, góp phần làm “điểm tựa” cho các thế

hệ sau tiến lên những nấc thang cao hơn của nghiên cứu chế tạo Robot Robot giám

sát vượt địa hình có thiết kế nhỏ gọn hoạt động tốt với kết cấu vững chắc và nguồn

hoạt động lâu có thể giúp cho con người dễ dàng vận chuyển và triển khai trong

phạm vi ứng dụng một cách linh hoạt Tuy nhiên do thời gian nghiên cứu không

nhiều nên đề tài còn nhiều mặt hạn chế chưa áp dụng được nhiều công nghệ như

GPS, các cảm biến công nghệ giúp Robot trở nên thông minh hơn và có ứng dụng

thực tiễn nhiều hơn nữa

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Vi điều khiển Atmega8: [4]

AVR là họ vi điều khiển chuẩn CMOS 8bit tiêu thụ ít năng lượng, được chế tạo dựa

trên cấu trúc AVR RISC (Reduced Instruct Set Computers), đây là cấu trúc có tốc

độ xử lý cao hơn nhiều so với các vi điều khiển được chế tạo dựa trên cấu trúc CISC

(Complex Instruct Set Computers) Bởi vì tần số hoạt động của AVR bằng với tần

số của thạch anh, trong khi với vi điều khiển họ 8051 thì tần số hoạt động bằng tần

số của thạch anh chia cho 12

1.1.1 Đặc trưng của Atmega8:

- Được phát triển trên nền cấu trúc RISC, tập lệnh được tối ưu với 130 lệnh, hầu

hết là lệnh 1 chu kỳ máy

- Có thể đạt tốc độ 16 triệu lệnh/s nếu kết hợp thạch anh ngoài 16MHz

- 32x8 thanh ghi làm việc (R0 ÷ R31)

- 8K byte bộ nhớ flash dạng ISP

- 512 byte EEPROM

- 1K byte RAM nội

- Cho phép lập trình cấm truy cập nội dung Flash ROM va EEPROM

- Lập trình “on-chip” thông qua chuẩn SPI

- Hỗ trợ tốc độ BAUD cao

- IC đóng gói 32 chân, trong đó có 23 chân I/O

- Điện áp hoạt động: 4.5-5.5V

- Tần số hoạt động : 0-16MHz

1.1.2 Những đặc trưng về giao tiếp ngoại vi:

- Hai bộ timer/counter 8 bit với bộ đếm dồn riêng biệt, và một chế độ so sánh

- Một bộ timer/counter 16 bit với bộ đếm dồn riệng biệt, một chế độ so sánh, và

chế độ thu nhận giá trị tức thời

- Hỗ trợ đầy đủ các nguồn ngắt trong và ngoài

- Bộ đếm thời gian thực có thể chạy từ bộ dao động riệng biệt

- Hỗ trợ ba kênh PWM

- Hỗ trợ 8 kênh ADC 10 bit

- Hỗ trợ giao tiếp theo chuẩn two-wire

- Hỗ trợ giao tiếp USART

- Hỗ trợ giao tiếp SPI

- Watchdog timer với bộ dao động riêng biệt on-chip, có thể lập trình được

1.1.4 Sơ đồ chân Atmega8: Atmega8 hỗ trợ 3 kiểu chân: PDIP , TQFP, MLFP

Trong đồ án này sử dụng IC có kiểu chân dán TQFP

Hình 1.4: Sơ đồ chân của Atmega8 [4]

1.1.5 Mô tả các chân:

- VCC: chân cấp điện áp 5V

- GND: chân nối đất

- PortB (PB7 PB0): Là port xuất nhập 8 bit hai chiều có điện trở kéo lên bên trong

(có thể chọn cho từng bit) Ngoài ra các chân portB còn có chức năng đặc biệt:

Chân port Chức năng khác

PB5 SCK ( một bus của chuẩn SPI)

PB4 MISO (bus của chuẩn SPI: Master input/Slave output)

PB3 MOSI (bus của chuẩn SPI: Master output/Slave intput)

PB2 SS (bus master: Slave select)

- PortC (PC6 PC0): Là port xuất nhập 7 bit hai chiều có điện trở kéo lên bên trong

(có thể chọn cho từng bit) Ngoài ra các chân portC còn có chức năng đặc biệt:

Chân port Chức năng khác

PC6 Ngõ vào reset

PC5 ADC5- ngõ vào kênh ADC5

SCL- bus xung đồng bộ của chuẩn truyền nối tiếp I2C PC4 ADC4- ngõ vào kênh ADC4

SDA- bus data input/output của chuẩn truyền nối tiếp I2C PC3 ADC3- ngõ vào kênh ADC3

PC2 ADC2- ngõ vào kênh ADC2

PC1 ADC1- ngõ vào kênh ADC1

PC0 ADC0- ngõ vào kênh ADC0

- PortD (PD7 PD0): Là port xuất nhập 8 bit hai chiều có điện trở kéo lên bên

trong (có thể chọn cho từng bit) Ngoài ra các chân portD còn có chức năng đặc biệt:

Chân port Chức năng khác

PD7 AIN1- ngõ vào so sánh đảo của bộ so sánh Analog

PD6 AIN0- ngõ vào so sánh không đảo của bộ so sánh Analog

PD5 T1- ngõ vào đếm sự kiện ngoài của counter1

PD4 T0- ngõ vào đếm sự kiện ngoài của counter0

XCK- ngõ vào/ra xung clock ngoài USART PD3 INT1- ngõ vào ngắt ngoài 1

PD2 INT0- ngõ vào ngắt ngoài 0

PD1 TXD- ngõ ra dữ liệu USART

PD0 RXD- ngõ vào dữ liệu USART

- RESET : ngõ vào Reset, khi chân này xuống mức thấp trong thời gian dài hơn

độ dài xung nhỏ nhất (tra bảng) thì vi điều khiển bị reset ngay cả khi không có xung

clock chạy

- AVCC:chân cấp nguồn cho bộ A/D, nên nối với VCC qua một bộ lọc thông thấp

Nếu không sử dụng bộ A/D thì nên nối chân này vào nguồn VCC

- AREF : chân tham chiếu tín hiệu analog của bộ A/D

- ADC7 6 (chỉ có ở kiểu chân TQFP và MLFP): là hai ngõ vào thứ 6 và 7 của bộ

A/D

1.1.6 Cấu trúc của Atmega8:

Hình 1.5: Cấu trúc của Atmega [4]

- Họ AVR cũng mang kiến trúc Harvard: tách rời vùng nhớ, có các bus cho

chương trình và dữ liệu Tập thanh ghi truy xuất nhanh của nó bao gồm 32 x 8 bit

thanh ghi với thời gian truy xuất bằng một xung clock Điều này có nghĩa là trong

thời gian một xung clock, đơn vị số học ALU (Arithmetic Logic Unit) sẽ thực thi

một lệnh, kết quả được lưu ngược lại vào các thanh ghi ALU hỗ trợ các phép tính

số học và logic giữa các thanh ghi hay giữa một hằng số với một thanh ghi Các lệnh

trên một thanh ghi đơn cũng có thể được thực thi trong ALU Sáu trong số 32 thanh

ghi đó được dùng như là 3 thanh ghi con trỏ địa chỉ 16-bit, điều này sẽ được nói rõ

hơn ở phần sau

- Bộ nhớ chương trình flash được chia làm 2 phần là bộ phận khởi động hệ thống

và bộ phận chương trình ứng dụng Cả hai đều có các bit khoá dành riêng để bảo

mật

- Trong quá trình thực hiện các ngắt hay các chương trình con, địa chỉ trở về (PC)

được lưu trong ngăn xếp (Stack) Ngăn xếp là một vùng của SRAM và truy xuất

theo nguyên tắc “lưu trước lấy sau” Khi lập trình cần chú ý khởi tạo địa chỉ SP

trong chương trình reset,điều này đặc biệt quan trọng khi sử dụng ngắt hay chương

trình con

- Các module ngắt mềm đều có các thanh ghi điều khiển của nó kết hợp với bit

cho phép ngắt toàn cục Tất cả các ngắt đều có vector ngắt tương ứng cho trong

bảng sau:

- Bộ nhớ xuất nhập bao gồm 64 địa chỉ cho CPU kết nối với các thiết bị ngoại vi:

thanh ghi điều khiển, bộ định thời/bộ đếm, bộ chuyển đổi A/D, và một số chức năng

xuất nhập khác Bộ nhớ xuất nhập có thể được truy xuất trực tiếp

1.1.7 Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu:

- Bộ nhớ chương trình: 8K byte bộ nhớ flash dạng ISP ( hỗ trợ ghi chép 10000

lần) Để hỗ trợ bảo mật chương trình, bộ nhớ flash được chia làm 2 phần là bộ phận

khởi động hệ thống và bộ phận chương trình ứng dụng

- Bộ nhớ dữ liệu: gồm 32 thanh ghi đa dụng, 64 thanh ghi I/O, và 1K byte SRAM

nội tất cả đều có thể truy xuất thông qua 5 dạng định địa chỉ thông dụng

Hình 1.6: Sơ đồ tổ chức bộ nhớ dữ liệu của Atmega8. [4]

Các thanh ghi đa dụng 8bit được truy cập trong một chu kỳ máy Có 6 trong 32

thanh ghi được sử dụng như 3 thanh ghi con trỏ 16 bit để định địa chỉ dữ liệu

(X,Y,Z) Và một trong 3 thanh ghi này còn được sử dụng làm con trỏ trỏ đến một

bảng dữ liệu trong hàm tìm kiếm (look up)

- 512 bytes EEPROM hỗ trợ truy xuất từng bit, có thể truy xuất qua SPI hoặc cổng

song song

- Hỗ trợ lập trình khoá để bảo mật chương trình

1.1.8 Hệ thống tạo xung đồng bộ cho hệ thống:

- Hệ thống cung cấp xung clock được biểu diễn qua sơ đồ:

Hình 1.7: Hệ thống xung clock của Atmega8 [4]

Các module được cấp xung clock để hoạt động:

- CPU clock

- I/O clock

- Flash clock

- Asynchronous timer clock

- ADC clock

Mỗi module chạy với 1 xung clock riêng, và không nhất thiết chạy cùng lúc Để

giảm nguồn tiêu thụ, module nào không làm việc sẽ ngưng cấp xung clock bằng

cách sử dụng các chế độ “ngủ”

Một trong những tính năng mới của họ vi điều khiển AVR là có thể chạy từ

nhiều nguồn dao động khác nhau thông qua 4 bit lựa chọn CKSEL.3-0

Nguồn tạo dao động CKSEL.3…0

Thạch anh ngoài tần số thấp 1001

Bộ dao động RC ngoài 1000 – 0101

Bộ dao động RC nội điều chỉnh được 0100 - 0001

Tín hiệu dao động từ bên ngoài 0000

1.1.9 Timer/Counter:

Atmega8 hỗ trợ 3 timer, hai timer 8-bit (timer/counter 0, timer/counter2) và một

timer 16-bit (timer/counter 1), đều có khả năng thay đổi tốc độ tràn (Prescaler) bằng

cách lấy tần số thạch anh chia cho 8, 64, 256, 1024 Timer/counter của Atmega8

cũng có đầy đủ các chế độ hoạt động bao gồm cả ngắt

1.1.10 Truyền dữ liệu nối tiếp trong Atmega8:

Là chuẩn truyền nối tiếp rất linh hoạt, với các đặc tính:

- Hoạt động song công (truyền nhận độc lập)

- Có hai chế độ đồng bộ hay bất đồng bộ

- Bộ tạo tốc độ baud với độ phân giải cao, có nhiều tốc độ baud để chọn

- Hỗ trợ khung truyền nối tiếp 5,6,7,8 hay 9 bit dữ liệu, 1 hay 2 bit stop

- Kiểm tra bit chẵn lẻ bằng phần cứng

- Có cờ kiểm tra lỗi tràn dữ liệu, lỗi khung truyền

- Hỗ trợ ba cờ báo ngắt độc lập: ngắt khi truyền xong, ngắt khi bộ đệm dữ liệu

trống và ngắt khi nhận xong

- Hỗ trợ chế độ truyền thông đa xử lý

- Ở chế độ truyền bất động bộ có thể tăng tốc độ truyền lên gấp đôi

Hình 1.8: Sơ đồ khối của bộ truyền nhận dữ liệu USART. [4]

1.1.10.1 Bộ truyền dữ liệu:

- Dữ liệu truyền được cất vào thanh ghi đệm dữ liệu UDR, cờ UDRE trong thanh

ghi UCSRA sẽ được set nếu bộ đệm rỗng và cho phép dữ liệu được ghi vào Dữ liệu

sau đó được chuyển tới thanh ghi dịch để truyền đi trên chân TxD Khi truyền xong

thì cờ TXC trong thanh ghi UCSRA được set

- Cờ TXEN trong thanh ghi UCSRB là cờ cho phép truyền, khi TXEN = “0” thì

chân PD1(TxD) là một I/O bình thường, khi TXEN = “1” thì bộ truyền sẽ được nối

với chân PD1 và trở thành chân TxD

1.1.10.2 Bộ nhận dữ liệu:

- Bộ nhận bắt đầu việc nhận dữ liệu khi bit start được phát hiện trên đường truyền

Các bit theo sau bit stat sẽ được lấy mẫu thông qua tốc độ baud và được ghi vào

thanh ghi dịch của bộ nhận cho đến khi phát hiện bit stop đầu tiên của khung truyền

Khi đó nội dung của thanh ghi dịch sẽ được chuyển vào thanh ghi đệm của bộ nhận

và sẵn sàng để truy xuất đem đi Khi quá trình nhận hoàn tất thì cờ RXC trong thanh

ghi UCSRA được set

- Cờ RXEN trong thanh ghi UCR là cờ cho phép nhận, khi RXEN = “0” thì chân

PD0(RxD) là một I/O bình thường, khi RXEN = “1” thì bộ nhận sẽ được nối với

chân PD0 và trở thành chân RxD

1.1.10.3 Khung truyền:

Một khung truyền nối tiếp ngoài các bit dữ liệu còn có các bit đồng bộ (start bit,

stop bit) và một bit chẵn lẻ (có thể dùng hoặc không) để kiểm tra lỗi

Hình 1.9: Khung truyền dữ liệu nối tiếp [4]

St (start bit) luôn ở mức thấp

(n) (data bits) từ 0 đến 8 là các bit dữ liệu.Có thể chọn chế độ truyền 5 đến 9 bit

(P) (parity bit) bit chẵn lẻ, có thể dùng hay không dung

Sp (stop bit) luôn ở mức cao

IDLE chế độ nghỉ chờ, đường truyền không làm việc và được treo lên mức cao

Để thiết lập khung truyền sử dụng các bit UCSZ2:0, UPM1:0, và USBS trong thanh

ghi UCSRB và UCSRC Cách thiết lập cụ thể sẽ được trình bày trong phần chức

năng các thanh ghi

1.1.10.4 Chức năng các thanh ghi của module USART:

- Thanh ghi đệm dữ liệu UDR (USART Data Register):

Hình 1.10: Thanh ghi đệm dữ liệu UDR [4]

- Thanh ghi đệm dữ liệu của bộ truyền và bộ nhận sử dụng cùng một địa chỉ Dữ

liệu truyền đi sẽ được ghi vào thanh ghi TXB còn dữ liệu nhận về sẽ được ghi vào

thanh ghi RXB

- Thanh ghi điều khiển và trạng thái A UCSRA (USART Control and Status

Register A):

Hình 1.11: Thanh ghi điều khiển và trạng thái UCSRA [4]

+ Bit 7-RXC, cờ báo nhận xong: được set khi có dữ liệu được chuyển từ thanh

ghi dịch vào bộ đệm nhận và clear khi bộ đệm nhận trống Cờ RXC có thể dùng tạo

ra “ngắt nhận xong” (cụ thể xem thêm về bit RXCIE)

+ Bit 6-TXC, cờ báo truyền xong: được set khi toàn bộ dữ liệu trong thanh ghi

dịch truyền đã truyền đi hết không còn dữ liệu nào trong UDR Cờ này sẽ tự động

được clear khi “ngắt truyền xong” xảy ra hoặc có thể clear bằng phần mềm Cờ

TXC có thể dùng tạo ra “ngắt truyền xong” (cụ thể xem thêm về bit TXCIE)

+ Bit 5-UDRE, cờ báo bộ đệm USART trống: nếu bộ đệm trống thì cờ này có

giá trị “1” và UDR sẵn sàng nhận dữ liệu Cờ này cũng có thể tạo ra “ngắt bộ đệm

trống” (cụ thể xem thêm về bit UDRIE)

+ Bit 4-FE, bit báo lỗi khung truyền: được set khi có lỗi khung truyền (bit stop

= ”0”) xảy ra Nó được clear khi bit stop = ”1”

+ Bit 3- DOR, bit báo tràn dữ liệu: được set khi có hiện tượng tràn dữ liệu ở bộ

đệm nhận Nó được clear khi dữ liệu được chuyển vào UDR

+ Bit 2- PE, bit báo lỗi chẵn lẻ: được set khi phát hiện lỗi chẵn lẻ

+ Bit 1- U2X, bit cho phép chế độ tăng gấp đôi tốc độ truyền: chỉ có tác dụng ở

chế độ truyền đồng bộ Ghi mức “0” vào nó khi muốn sử dụng chế độ tăng gấp đôi

tốc độ truyền

+ Bit 0-MPCM, bit cho phép chế độ truyền thông đa xử lý

- Thanh ghi điều khiển và trạng thái B UCSRB (USART Control and Status

Register B):

Hình 1.12: Thanh ghi điều khiển và trạng thái UCSRB [4]

+ Bit 7- RXCIE, bit cho phép “ngắt nhận xong”:

+ Bit 6- TXCIE, bit cho phép “ngắt truyền xong”

+ Bit 5-UDRIE, bit cho phép ngắt khi bộ đệm trống

( Ghi chú: 3 bit trên đều sử dụng mức “1” để cho phép ngắt tương ứng và chỉ có tác

dụng khi kết hợp với bit cho phép ngắt toàn cục ở thanh ghi SREG )

+ Bit 4- RXEN, bit cho phép bộ nhận hoạt động

+ Bit 3- TXEN, bit cho phép bộ truyền hoạt động

+ Bit 2- UCSZ2, bit này kết hợp với UCSZ1:0 ở thanh ghi UCSRC để thiết lập

số bit data trong khung truyền

+ Bit 1- RXB8, bit dữ liệu thứ 9 khi nhận: ở chế độ 9 bit data, bit thứ 9 nhận về

sẽ được chuyển vào đây, do đó trước khi đọc UDR phải đọc bit này trước

+ Bit 0- TXB8: bit dữ liệu thứ 9 khi truyền: ở chế độ 9 bit data, bit thứ 9 được

truyền đi sẽ được ghi vào đây trước khi truyền đi, do đó bit này phải được ghi trước

khi ghi vào UDR

- Thanh ghi điều khiển và trạng thái C UCSRC (USART Control and Status

Register C):

Hình 1.13: Thanh ghi điều khiển và trạng thái UCSRC [4]

+ Bit 7-USREL, bit chọn thanh ghi: do đây là thanh ghi chia sẻ giữa UCSRC và

UBRRH do đó nếu USREL = “1” thì gí trị được ghi vào được cập nhật là UCSRC

còn ngược lại thì giá trị ghi vào được cập nhật cho UBRRH

+ Bit 6- UMSEL, bit chọn chế độ: “1”-đồng bộ, “0”- bất đồng bộ

+ Bit 5:4- UPM1:0, đây là 2 bit dùng để chọn chế độ bit chẵn lẻ

+ Bit 3- USBS, bit chọn chế độ stop bit: “0”-1 bit stop, “1”- 2 bit stop

+ Bit 2:1- UCSZ1:0, 2 bit này kết hợp với UCSZ2 ở trên để xác định số data bit

của khung truyền

+ Bit 0- UCPOL, bit đồng bộ xung clock giữa dữ liệu xuất và nhận

- Thanh ghi thiết lập baud rate:

Hình 1.14: Thanh ghi thiết lập chế độ Baud [4]

+ Bit 15-URSEL, bit chọn thanh ghi, đã đề cập ở trên

+ Bit 14:12- các bit dự trữ: các bit này không được sử dụng cho Atmega8, tuy

nhiên khi ghi giá trị vào UBRRH thì các bit này phải được ghi “0”

+ Bit 11:0- UBRR11:0, các bit dung để ghi giá trị baud

1.2 Giới thiệu về ngôn ngữ lập trình C:

- Ngôn ngữ lập trình C do Dennis Ritchie tạo lập vào năm 1972 tại Bell Telephone

Laboratories Mục đích ban đầu của ngôn ngữ này là để thiết kế hệ điều hành UNIX

- C là một ngôn ngữ mạnh và mềm dẻo nên nó đã đươc rất nhiều người sử dụng

Khắp nới người ta đã bắt đầu dùng nó để viết mọi loại chương trình Tuy nhiên, các

tổ chức khác nhau đã bắt đầu sử dụng các version khác nhau của C, và đã phát sinh

nhiều sự khác nhau trong các thao tác làm cho người lập trình phải đau đầu Để khắc

phục vấn đề này, năm 1983, Viện Tiêu Chuẩn Quốc Gia của Mỹ (ANSI) đã thành

lập một ủy ban để đề ra mộ định nghĩa chuẩn cho ngôn ngữ C, được gọi là ANSI

Standard C

- Hạn chế duy nhất của C chính là sự hạn chế trong tư duy trừu tượng của chính

người lập trình mà thôi C được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, như thiết kế

các hệ điều hành, các bộ soạn thảo văn bản, đồ họa, trang tính, và thậm chí làm các

chương trình dịch cho các ngôn ngữ khác

- C là một ngôn ngữ bình dân được nhiều người lập trình chuyên nghiệp dùng

Bằng chứng là đã có rất nhiều chương trình dịch khác nhau và nhiều tiện ích kèm

theo

- C là một ngôn ngữ chuyển đổi được tức là một chương trình C được viết cho hệ

máy vi tính (ví dụ IBM PC) có thể được dịch và chạy trên một hệ thống khác (ví dụ

DEC VAX) mà chỉ cần thay đổi chút ít hoặc không cần thay đổi gì cả

- C là một ngôn ngữ ngắn gọn, nó chỉ bao gồm một số các từ được gọi là từ khóa

(keyword) làm cơ sở để tạo ra các câu lệnh của ngôn ngữ

1.3 Giới thiệu về CodeVisionAVR và AVRProg:

1.3.1 Giới thiệu về CodeVisionAVR:

Hình 1.15: Giao diện chính của CodeVision

- Đây là phần mềm biên dịch C cho MCU AVR có tích hợp sẵn bộ nạp Chúng ta

có thể viết chương trình bằng ngôn ngữ C, biên dịch và nạp cho AVR bằng

CodeVisionAVR mà không cần một chương trình nào khác CodeVisionAVR C

Compiler có nhiều tiện ích khá lý thú, có ưu điểm là đơn giản, dễ quản lý, và trên

tất cả đó là dễ đào tạo hướng dẫn người khác làm theo nó

- CodeVision rất hữu dụng vì đã tích hợp nhiều thư viện hổ trợ lập trình rất thiết

thực Ngoài ra CodeVision còn có khả năng tự động sinh mã tùy theo cấu hình ban

đầu của người sử dụng nên giảm công sức lập trình đi rất nhiều Mã sinh ra chỉ là

một file c duy nhất với các chú thích rõ ràng và dễ hiểu giúp người dùng tùy biến

mã nguồn theo yêu cầu của riêng mình

1.3.2 Các bước thao tác với phần mềm CodeVisionAVR:

- Muốn tạo một project vào File chọn New

Hình 1.16: Cách tạo một project trên CodeVision

- Nhấn OK để tiếp tục

Hình 1.17: Các bước thực hiện

- Chọn File type là Project

Hình 1.18: Các bước thực hiện

- Chọn Chip để chọn loại AVR cần lập trình và chọn tốc độ xung thạch anh

Các phần mềm nạp tương thích bao gồm AVR Studio và Code Vision Chương trình

AVRProg tuy giao diện đơn giản nhưng có ưu điểm là nạp rất nhanh, còn

CodeVision thì ngược lại

Sau đây sẽ hướng dẫn Các bước nạp chip sử dụng chương trình AVR Prog trong

AVR Studio:

Hình 1.21: Giao diện phần mềm AVRprog

- Cắm mạch nạp vào cổng USB

- Khởi động chương trình AVR Prog

- Cắm cable nạp giữa mạch nạp với KIT chứa chip cần nạp tương ứng

- Chọn loại chip tương ứng trên tab Device, nhấp chọn Advanced để test xem

mạch nạp nhận ra chip chưa Nếu không xuất hiện bất kì thông báo lỗi nào mà hiện

ngay lên cửa sổ Advanced, trong khung đánh dấu như bên dưới hiển thị rõ ràng

thông số của chip (không có dấu “?”) có nghĩa là mạch nạp hoạt động tốt và đã nhận

ra chip

Hình 1.22: Cấu hình trong AVRprog

Æ Như vậy là có thể bắt đầu sử dụng mạch để nạp chip

1.4 Camera quan sát:

Ngày nay Camera quan sát được dùng rất phổ biến trong công nghiệp, nhà

xưởng, trung tâm thương mại …rất hữu ích cho việc giám sát, ghi hình đảm bảo an

ninh…

1.4.1 Phân loại Camera quan sát:

1.4 1.1 Phân loại camera quan sát theo kỹ thuật hình ảnh:

- Camera quan sát Analog Ghi hình băng từ xử lý tín hiệu analog, xử lý tín hiệu

màu vector màu Loại Camera này có chất lượng hình ảnh kém , và có rất ít khách

hàng sử dụng

Hình 1.23: Camera quan sát Analog Sony VT 729 [12]

- Camera quan sát CCD (Charge Couple Device) (100% số)

Camera quan sát CCD sử dụng kĩ thuật CCD để nhận biết hình ảnh CCD là tập hợp

những ô tích điện có thể cảm nhận ánh sáng sau đó chuyển tín hiệu ánh sáng sang

tín hiệu số để đưa vào các bộ xử lý Nguyên tắc hoạt động của CCD có thể mô tả

dưới đây: CCD thu nhận những hình ảnh thông qua các hệ thống thấu kính của

Camera quan sát CCD có hàng ngàn những điểm ảnh sẽ chuyển đổi ánh sáng thành

những hạt điện tích và được số hoá Đây là một quá trình chuyển đổi tương tự số

Các thông số kỹ thuật của Camera quan sát CCD là đường chéo màn hình cảm biến

(tính bằng inch ) Kích thước màn hình cảm biến càng lớn thì chất lượng càng tốt

(màn hình 1/3 inch Sony CCD sẽ có chất lượng tốt hơn 1/4 inch CCD, vì 1/3 inch >

1/4 inch) Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất cảm biến hình ảnh nhưng chỉ có cảm

biến hình của Sony và Sharp hình ảnh đẹp và trung thực Chất lượng của Sharp kém

hơn chất lượng của Sony và giá thành rẻ hơn

- Camera quan sát CMOS (complementary metal oxide semiconductor)

Camera quan sát CMOS có nghĩa là chất bán dẫn có bổ sung oxit kim loại Các loại

Camera số sử dụng công nghệ CMOS Các Camera số thương mại sử dụng công

nghệ CMOS thì chưa đủ khả năng cung cấp trong thời điểm này khi so sánh chất

lượng hình ảnh với Camera CCD

Các Camera thương mại dùng công nghệ CMOScó giá thành khoảng 1000 USD đến

20000 USD Các Camera quan sát số sử dụng công nghệ CMOS và CCD có ưu

điểm rất rõ rệt so với Camera camera analog về độ rõ nét và chất lượng hình ảnh

1.4.1.2 Phân loại Camera quan sát theo kỹ thuật đường truyền:

- Camera quan sát có dây

Camera quan sát có dây có ưu điểm đó là khả năng an toàn cao, tính bảo mật tốt

được sử dụng, truyền tín hiệu trên dây cáp đồng trục khoảng 75ohm -1Vpp, dây C5

Đây là giải pháp được đánh giá là an toàn, chúng ta nên dùng loại Camera quan sát

có dây, ngoại trừ những trường hợp đặc biệt khác Chú ý rằng khi truyền với khoảng

cách xa thì cần có bộ khuyếch đại để tránh việc tín hiệu đường truyền suy hao, dẫn

đến chất lượng hình ảnh không tốt

- Camera quan sát không dây

Giống như tên gọi, các Camera quan sát này đều không có dây Nhưng rất tiếc là

cũng không hoàn toàn như vậy Các Camera này vẫn cần thiết phải có dây nguồn

Các loại Camera quan sát không dây có ưu điểm đó là dễ thi công lắp đặt do không

cần đi dây, tuy nhiên Camera quan sát có hệ số an toàn không cao Có 1 số vấn đề

cần quan tâm đối với thiết bị không dây Đó là tần số bạn sử dụng Camera quan sát

không dây sử dụng sóng vô tuyến RF để truyền tín hiệu thường tần số dao động từ

1,2 đến 2,4MHZ

Camera quan sát không dây được sử dụng khi lắp đặt tại các khu vực địa hình

phức tạp khó đi dây từ Camera quan sát đến các thiết bị quan sát, ví dụ như các ngôi

nhà có nhiều tường chắn

Đối với khoảng cách xa hàng ngàn mét chúng ta cần phải sử dụng những thiết bị đặc

biệt hoạt động ở tần số cao và giá thành khá đắt

Việc sử dụng Camera quan sát không dây được đánh giá là không an toàn dễ bị

bắt sóng hoặc bị ảnh hưởng nhiễu trước các nguồn sóng khác như điện thoại di động

và thời tiết …

- IP Camera (Camera quan sát mạng)

IP Camera được kết nối trực tiếp vào mạng thông qua Swich hoặc router, tín

hiệu hình ảnh và điều khiển được truyền qua mạng Tất cả các camera muốn hiển thị

hoặc ghi hình được đều phải thông qua phần mềm được cài đặt trên máy vi tính

Hiện nay hệ thống camera IP có rất ít mẫu mã để lựa chọn và giá thành khá cao (Có

một số loại rẻ tiền thì dùng cảm biến hình không tốt) nên nó chỉ phù hợp với những

nơi có khuôn viên nhỏ như nhà riêng hoặc các cửa hàng nhỏ

1.4.1.3 Phân loại Camera quan sát theo tính năng sử dụng:

- Camera quan sát bí mật

Giống như tên gọi, Camera quan sát này không thể nhận biết được Nó có nhiều

hình dạng và kích thước khác nhau, có thể ngụy trang và tránh bị phát hiện

Camera quan sát có thể ngụy trang trong ố cắm điện, bức tranh hay bình hoa …

Ngoài ra nó còn có những mẫu mã khác dạng đầu báo khói Có những loại camera

quan sát gắn chỉ âm tường hoặc giấu vào vật gì đó chỉ chừa lại 1 lỗ ống kính bằng

đầu tăm

- Camera quan sát hình hộp

Đây là loại Camera quan sát truyền thống thường được dùng trong các nhà xưởng,

khu vực ngoài trời hoặc có khuôn viên rộng Tuỳ thuộc vào nhu cầu quan sát của

khách hàng mà Camera quan sát này có thể thiết kế để nhìn xa hay nhìn gần khi thay

đổi ống kính Loại camera quan sát này rất đa dụng nên thường được sử dụng rất

nhiều, có thể gắn thêm đế xoay để camera xoay, cũng có thể gắn thêm hộp bảo vệ để

chống mưa, nắng, chống phá hoại

- Camera quan sát hồng ngoại ( IR Camera)

Hình 1.24: Camera quan sát CCTV-IR-Dome FI S300C [12]

Camera quan sát hồng ngoại này có khả năng quan sát ban đêm khi tắt hết đèn (0

Lux) Khoảng cách quan sát của Camera quan sát phụ thuộc vào công suất của đèn

hồng ngoại Khoảng cách quan sát trong bóng tối của Camera quan sát hồng ngoại

thông thường sẽ quan sát trong phạm vi dao động khoảng 10m đến 60m Một số loại

đặc biệt thì có khả năng quan sát xa hơn, thậm chí khoảng 300 m

Trong điều kiện môi trường ánh sáng ban ngày thì Camera quan sát hồng ngoại

cũng quan sát bình thường như tất cả các loại camera quan sát khác

Camera quan sát hồng ngoại có thể quan sát được trong điều kiện tối 100% và

hình ảnh sẽ chuyển sang chế độ trắng đen Camera quan sát Day & Night (camera

ngày và đêm): Màn hình tự động khuếch đại ánh sáng làm rõ hình ảnh khi ánh sáng

tối, tuy nhiên tối 100% sẽ không quay được mà cần phải gắn thêm ống kính hồng

T: Tilt - Quay dọc (lên/xuống)

Z: Zoom - (Phóng to)

Pan/Tilt/Zoom hay những họ tương tự được biết đến với cái tên thương mại là

PTZ Camera Camera quan sát hỗ trợ khả năng quay 4 chiều, phóng to thu nhỏ hình

ảnh

Camera quan sát này có thể kết nối và điều khiển thông qua bàn điều khiển

chuyên dụng, máy vi tính hoặc đầu ghi hình kỹ thuật số Hơn nữa camera quan sát

có thể được lập trình các vị trí tuần tra để hoạt động, nên nó có thể làm tất cả các

công việc cho bạn Camera quan sát này phù hợp với những nơi cần độ an ninh cao

và có phạm vi rộng

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN LINH KIỆN, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

2.1 Lựa chọn linh kiện thiết bị sử dụng :

2.1.1 Dạng sử dụng bộ truyền xích:

2.1.1.1 Ưu điểm:

- Bộ truyền xích có khả năng tải cao hơn bộ truyền đai

- Có thể truyền chuyển động giữa hai trục xa nhau mà kích thước ko lớn

- Có thể truyền chuyển động từ một trục dẫn đến nhiều trục bị dẫn ở cách xa nhau

- Hiệu suất truyền cao hơn đai

2.1.1.2 Nhược điểm:

- Bộ truyền xích có vận tốc và tỉ số truyền tức thời không ổn định

- Bộ truyền làm việc có nhiều tiếng ồn

- Yêu cầu phải chăm sóc, bôi trơn trong quá trình sử dụng

- Bản lề xích mau mòn, có nhiều mắc xích mối ghép nên tuổi thọ không cao

2.1.1.3 Phạm vi sử dụng:

- Dùng nhiều trong máy nông nghiệp, máy vận chuyển và trong tay máy

- Khi cần truyền chuyển động giữa các trục xa nhau hoặc từ một trục đến nhiều

trục khác nhau Dùng truyền tải trọng nhỏ tới trung bình Có thể lên tới 100kW

- Vận tốc thường dùng không nên quá 6m/s

- Tỷ số truyền thường dùng từ 1 đến 7

- Hiệu suất trung bình khoảng 0.96 đến 0.98

2.1.2 Động cơ DC (Động cơ điện một chiều):

- Sử dụng động cơ hộp số 24VDC tốc độ 300 vòng/phút công suất 40W

Hình 2.1: Động cơ chạy Robot

Động cơ điện một chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạt động

với điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ Trong công nghiệp, động cơ điện một

chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầu thay đổi

tốc độ trong phạm vi rộng

Một phần quan trọng của động cơ điện một chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có

nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong cuộn rotor trong khi chuyển động quay của

rotor là liên tục Thông thường bộ phận này là bộ phận gồm có một bộ cổ góp và

một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp Đây cũng chính là nhược điểm chính của động

cơ điện một chiều: cổ góp làm cho cấu tạo phức tạp, đắt tiền, kém tin cậy và nguy

hiểm trong môi trường dễ nổ, khi sử dụng phải có nguồn điện một chiều kèm theo

- Động cơ Bước

- Động cơ Bước Servo

2.1.2.2 Ưu điểm:

- Dải điều khiển rộng hơn so với mạch điều chỉnh tuyến tính

- Tốc độ mô tơ quay nhanh hơn khi cấp chuỗi xung điều chế theo kiểu PWM so

với khi cấp một điện áp tương đương với điện áp trung bình của chuỗi xung PWM

- Dễ điều khiển, thông dụng, phù hợp điều khiển những thiết bị nhỏ, điện áp thấp

2.1.2.3 Nhược điểm:

- Cần các mạch điện tử bổ trợ

- Giá thành cao

- Các xung kích lên điện áp cao (12V – 24V) có thể gây nên tiếng ồn nếu mô tơ

không được gắn chặt và tiếng ồn này sẽ tăng lên nếu gặp phải trường hợp cộng

hưởng của vỏ

- Ngoài ra việc dùng chuổi xung điều chế PWM có thể làm giảm tuổi thọ của mô

tơ

- Công suất không cao, kích thước lớn hơn động cơ AC so với cùng công suất Có

chổi than nên dễ mòn (khi mòn có thể thay chổi than)

2.1.3 Camera robot:

- Sử dụng camera không dây 203C: Camera mini không dây, 1/4"Cmos, hệ Pal,

ống kính 3.6mm,Góc quan sát 62 độ Độ phân giải 380TVlines, độ nhạy sáng

5lux/f1.2 Tầm quan sát 10m,khoảng cách từ bộ thu đến Camera là 60m

Hình 2.2: Camera 203C [12]

2.1.4 Module RF Wireless truyền dữ liệu không dây RF MODULE HM-TR:

Hình 2.3: Module RF truyền dữ liệu không dây

- Truyền dữ liệu qua sóng RF

- Chuẩn truyền UART với tốc độ truyền cao từ 300bps đến 19200bps

- Có chân ENABLE để đáp ứng các yêu cầu sử dụng

- Truyền nhận dữ liệu trong phạm vi < 300m

2.1.5 Nguồn sử dụng Pin Lithium:

Hình 2.4: Pin Lithium

- Kích thước: 22x30x65mm

- Điện áp: 11.1V 1.2Ah 20C

- Nặng: 300 gram

Hình 2.5: Máy Sạc Pin Lithium

Những lưu ý khi nạp Pin Lithium [11]: Pin Li-Po: Là loại pin không có hiệu

ứng nhớ và dung lượng rất lớn, trọng lượng nhỏ Có thể sử dụng và nạp vào bất cứ

lúc nào Do sự nạp hay xả quá mức đều có thể làm hỏng pin Lithium, bộ nạp cần

phải có khả năng bảo vệ trong chu trình xạc/xả Trước khi xạc cần chắc chắn rằng

bộ nạp đã được đặt đúng chế độ cần thiết cho pin Li-Po Sau đây là những bước phải

theo:

- Kiểm tra các thiết lập của bộ sạc: số cell của pin sạc, số mAh yêu cầu Đọc kỹ chỉ

dẫn của bộ sạc trước khi tiến hành sạc pin

- Đặt pin sạc trên bề mặt khó cháy (sàn xi-măng hay mặt bàn chống cháy), phòng

thông gió tốt, nhiệt độ phòng không quá cao Không được sạc pin ở bên trong mô

hình ô-tô, trên sàn gỗ, thảm hoặc ở bất cứ vật dễ cháy nào

- Chú ý đấu cực tính của pin sạc đúng chiều: Khi sạc không để điện áp vượt trội

hơn 4,2V/cell Dòng nạp luôn nhỏ hơn 1C

- Thường xuyên theo dõi quá trình sạc: Đặc biệt không để trẻ em nghịch ngợm

trong quá trình sạc Sự xả điện của pin Li-Polymer- Pin Li-Po có khả năng xả với

dòng (C) rất cao Thường ở giá trị 10-15C Thậm chí có thể đạt tới 30C

- Không được tiếp tục xả pin khi điện áp pin chỉ còn 2,75V/cell, nếu không pin sẽ

hỏng vĩnh viễn

- Cần giữ cho pin ở nhiệt độ thấp hơn 700C, nếu không pin sẽ bị hư hại

- Khi không sử dụng pin trong thời gian dài, không nên sử dụng pin quá mức và cần

kiểm tra điện áp định kỳ đối với từng cell Để làm tốt điều này, lời khuyên là bạn

nên sạc định kỳ riêng lẻ cho từng cell và đạt sự cân bằng giữa các cell Điện áp của

mỗi cell cần ở giữa 3.6V ~ 3.9V khi còn ở trong kho hay giữa các lầm sử dụng Bảo

quản pin ở nhiệt độ -200C ~ 350C và độ ẩm tương đối là 45% ~ 85% Chú ý đặc biệt

khác

- Nếu thấy pin bắt đầu phình/trương lên và/hoặc nội điện trở bản thân bắt đầu tăng

lên thì pin đã hỏng, cần vứt bỏ

- Pin Li-Po được bọc bằng 1 lá nhôm và 1 lớp chất dẻo mỏng Sự va chạm mạnh làm

thủng lớp vỏ này sẽ làm pin bị hỏng không sử dụng được Điện cực của pin rất

mỏng mảnh, rất dễ gãy Đặc biệt là cực dương Nếu không cần thiết thì đừng đụng

đến những điện cực này

- Khi hàn, chú ý dùng mỏ hàn có công suất thấp hơn 100W, nhiệt độ hàn cần nhỏ

hơn 3500C, thời gian hàn không quá 3s và thời hạn của qúa trình hàn không quá 3

lần Mối hàn cần cách ít nhất 1cm kể từ gốc của điện cực Thiếc hàn phải thuần

khiết và điểm nóng chảy thấp

- Về lý thuyết, chất điện phân không thể chảy ra ngoài Nhưng trong truờng hợp nó

bị rò rỉ và dính vào da, mắt hay nhưng bộ phận khác của người cần rửa sạch ngay

lập tức và đến các trung tâm y tế

- Nếu thấy bất cứ dấu hiện nào khác lạ của pin: phình lên, có mùi của chất điện

phân… cần bỏ nó ra nơi an toàn

2.2 Thiết kế và thi công mạch điều khiển Robot:

2.2.1 Mạch điều khiển trung tâm:

- Board có chip Atmega8 dùng để điều khiển Robot và xử lý truyền tín hiệu trong

điều khiển từ xa robot Kích thước mạch là 2cm x 3cm đây là mạch vi điều khiển

cực kỳ nhỏ gọn chuyên dùng để điều khiển các thiết bị, sản phẩm và robot có kích

thước nhỏ

- IC AMS1117 là IC ổn áp nguồn 5V ngõ vào 12V

- Mạch sử dụng toàn bộ linh kiện dán, có led báo nguồn và diode bảo vệ khi lắp

ngược nguồn

Hình 2.6: Khối cấp nguồn mạch điều khiển trung tâm

Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển trung tâm

a, Mạch in lớp TOP b, Mạch in lớp BOTTOM

Hình 2.8: Mạch in mạch điều khiển trung tâm

Hình 2.9: Mạch điều khiển trung tâm

2.2.2 Mạch điều khiển động cơ DC:

- Mạch này dùng để điều khiển 6 động cơ di chuyển robot

- Nguồn cấp là 24VDC, có led báo nguồn và có diode bảo vệ khi lắp ngược nguồn

- Mạch sử dụng Relay 8 chân 12V dòng liên tục 5A, dòng đỉnh 30A để đảo chiều

động cơ DC

- Sử dụng MOSFET IRF 250 chịu được dòng 30A và điện áp tối đa là 200V

Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ chạy Robot

a, Mạch in lớp TOP b, Mạch in lớp BOTTOM

Hình 2.11: Mạch in mạch điều khiển động cơ

Hình 2.12: Mạch điều khiển động cơ hoàn tất

2.2.3 Mạch L298 điều khiển camera và động cơ nâng hạ camera:

- Mạch này dùng để điều khiển động cơ xoay camera và bật nguồn cho camera

hoạt động

- IC L298 có thể chịu được điện áp là 50V và dòng là 3A

- Mạch có led báo nguồn 5V và 12V, có diode bảo vệ khi lắp ngược nguồn