Đồ án thiết kế xe dò line 5 mắt hồng ngoại với pic16f877a

Robocar chạy line đen(trắng) tự động và dừng lại khi có vật cản .Code hoàn chỉnh, chỉ việc làm theo là xong. PCB vẽ bằng proteus 8.9. Nếu dùng phiên bản older sẽ không mở đc. Có kèm link code và mạch trong báo cáo

ĐỒ ÁN 3

THIẾT KẾ ROBOCAR DÒ ĐƯỜNG

NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG NHÚNG

SINH VIÊN: NGUYỄN TUẤN THÀNH

MÃ LỚP: 101183 HƯỚNG DẪN: TS Vũ Huy Thế

HƯNG YÊN – 2020

ĐỒ ÁN 3 THIẾT KẾ ROBOCAR DÒ ĐƯỜNG

NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TINCHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG NHÚNG

SINH VIÊN: NGUYỄN TUẤN THÀNH

MÃ LỚP: 101183 HƯỚNG DẪN: TS Vũ Huy Thế

CHƯƠNG 1:

CHƯƠNG 2:

CHƯƠNG 4:

CHƯƠNG 5:

CHƯƠNG 6: Nhận xét của giảng viên 1 đánh giá quá trình:

CHƯƠNG 7:

CHƯƠNG 8: Ký và ghi họ tên CHƯƠNG 9: CHƯƠNG 10: CHƯƠNG 11: CHƯƠNG 12: Nhận xét của giảng viên 2 đánh giá quá trình: CHƯƠNG 13:

CHƯƠNG 14: Ký và ghi họ tên CHƯƠNG 15: CHƯƠNG 16: CHƯƠNG 17: CHƯƠNG 18: Nhận xét của giảng viên hướng dẫn: CHƯƠNG 19:

CHƯƠNG 20: Ký và ghi họ tên

CHƯƠNG 21:

CHƯƠNG 22: LỜI CAM ĐOAN

CHƯƠNG 23:

CHƯƠNG 24: Em xin cam đoan đồ án 1 “Thiết kế robocar dò đường” là công trình nghiên cứu của bản thân Những phần sử dụng tài liệu tham khảo trong đồ án đã được nêu rõ trong phần tài liệu tham khảo Các số liệu, kết quả trình bày trong đồ án là hoàn toàn trung thực, nếu sai em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và chịu mọi kỷ luật của bộ môn và nhà trường đề ra

CHƯƠNG 27:

CHƯƠNG 29: LỜI CÁM ƠN

CHƯƠNG 30:

CHƯƠNG 31: Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn bộ môn Kỹ Thuật Máy Tính, khoa Công nghệ Thông tin, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã tạo điều kiện thuận lợi cho em thực hiện đồ án 3.

CHƯƠNG 32: Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Huy Thế đã rất tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt thời gian thực hiện đồ án vừa qua.

CHƯƠNG 33: Em cũng xin chân thành cảm ơn tất cả các Thầy, các Cô trong Trường đã tận tình giảng dạy, trang bị cho em những kiến thức cần thiết, quý báu để giúp em thực hiện được đồ án.

CHƯƠNG 34: Mặc dù em đã có cố gắng, nhưng với trình độ còn hạn chế, trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót Em hi vọng sẽ nhận được những ý kiến nhận xét, góp ý của các Thầy giáo, Cô giáo về những vấn đề triển khai trong đồ án.

CHƯƠNG 35: Em xin trân trọng cảm ơn!

CHƯƠNG 43:

CHƯƠNG 44: MỤC LỤCCHƯƠNG 45:

CHƯƠNG 46: LỜI CAM ĐOAN 4

CHƯƠNG 47: LỜI CÁM ƠN 5

CHƯƠNG 48: MỤC LỤC 6

CHƯƠNG 49: DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT 8

CHƯƠNG 50: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN 10

CHƯƠNG 51: 1.1 Lý do chọn đồ án .10

CHƯƠNG 52: 1.2 Mục tiêu của đồ án .10

CHƯƠNG 53: 1.2.1 Mục tiêu tổng quát .10

CHƯƠNG 54: 1.2.2 Mục tiêu cụ thể 10

CHƯƠNG 55: 1.3 Giới hạn và phạm vi của đồ án .10

CHƯƠNG 56: 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu .10

CHƯƠNG 57: 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu .11

CHƯƠNG 58: 1.4 Nội dung thực hiện .11

CHƯƠNG 59: 1.5 Phương pháp nghiên cứu .11

CHƯƠNG 60: CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12

CHƯƠNG 61: 2.1 Linh kiện điện tử, vi điều khiển và cảm biến .12

CHƯƠNG 62: 2.1.1 Vi điều khiển PIC16F877A .12

CHƯƠNG 63: 2.1.1.1 Sơ đồ chân và sơ đồ khối của PIC16F877A .12

CHƯƠNG 64: 2.1.1.2 Tổ chức không gian bộ nhớ 13

CHƯƠNG 65: 2.1.3 Cảm biến(5 cặp led thu phát hồng ngoại) 17

CHƯƠNG 66: 2.1.2 Linh kiện điện tử .17

CHƯƠNG 67: 2.1.2.1 Module điều khiển động cơ L298 17

CHƯƠNG 68: 2.1.2.2 Motor DC 5V 21

CHƯƠNG 69: 2.2 Phầm mềm cho hệ thống nhúng .21

CHƯƠNG 70: 2.3 Nguyên lý hoạt động 22

CHƯƠNG 71: CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 24

CHƯƠNG 72: 3.1 Đặc tả yêu cầu hệ thống 24

CHƯƠNG 73: 3.1.1 Các yêu cầu chức năng 24

CHƯƠNG 74: 3.1.2 Các yêu cầu phi chức năng 24

CHƯƠNG 75: 3.2 Thiết kế hệ thống 24

CHƯƠNG 76: 3.2.1 Thiết kế phần cứng cho hệ thống 24

CHƯƠNG 77: 3.2.2 Thiết kế phần mềm cho hệ thống 27

CHƯƠNG 78: 4.1 Xây dựng và tích hợp hệ thống 28

CHƯƠNG 79: 4.1.1 Thiết kế phần cứng 28

CHƯƠNG 80: 4.1.2 Lập trình phần mềm cho hệ thống 29

CHƯƠNG 81: 4.1.3 Tích hợp hệ thống 30

CHƯƠNG 82: 4.2 Kiểm thử và đánh giá hệ thống 30

CHƯƠNG 83: 4.3 Hướng dẫn vận hành hệ thống 30

CHƯƠNG 84: KẾT LUẬN 31

CHƯƠNG 85: Kết quả đạt được của đề tài 31

CHƯƠNG 86: Hạn chế của đề tài 31

CHƯƠNG 87: TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

CHƯƠNG 88:

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT

Programmable Read-Only

Memory

Bộ nhớ dùng điện để xoá

biệt

chung

Field-Effect Transistor Transistor hiệu ứng trườngkim loại - oxit bán dẫn

Computer Aided Manufacturing Kỹ thuật thiết kế và sản xuấtthông qua sự trợ giúp của

máy tính

điện tử

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN

1.1 Lý do chọn đồ án.

Hiện nay, trong công việc do thám sử dụng robot di chuyển theo vạch màu cố định.Giúp di chuyển nhanh, giúp con người có thế do thám được nhưng nơi trật hẹp Nên emchọn đề tài “Thiết kế robocar dò đường” Đề tài mang tính thực tế và đáp ứng nhu cầutrong xưởng sản xuất Để đáp ứng được nhu cầu cho việc trinh thám dễ dàng, thuận tiện

và hạn chế sai sót, sức lao động cho con người Vì vậy mà em đã chọn đề tài này để pháttriển cho đồ án của mình

Với mục tiêu nhằm thực hiện được những yêu cầu sau:

1.3 Giới hạn và phạm vi của đồ án.

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu.

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu.

Nghiên cứu trên mô hình

1.4 Nội dung thực hiện.

Đồ án thiết kế robocar dò đường phải thực hiện một số nội

dung sau:

1.5 Phương pháp nghiên cứu.

● Áp dụng kiến thức đã học vào lập trình

● Sử dụng các tài liệu liên quan để hỗ trợ việc lập trình hệ thống

● Tham khảo ý kiến đóng góp của giảng viên hướng dẫn

● Thiết kế mô phỏng trên proteus

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Linh kiện điện tử, vi điều khiển và cảm biến.

2.1.1 Vi điều khiển PIC16F877A.

2.1.1.1 Sơ đồ chân và sơ đồ khối của PIC16F877A.

Hình 2.1: Sơ đồ chân của vi điều khiển PIC 16F877A.

Hình 2.2: Sơ đồ khối của vi điều khiển PIC16F877A.

2.1.1.2 Tổ chức không gian bộ nhớ

Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F877A bao gồm bộ nhớ chươngtrình (Program memory) và bộ nhớ dữ liệu(Data memory)

Hình 2.3: Bộ nhớ chương trình của PIC 16F877A.

Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ flash, dunglượng bộ nhớ 8K word (1 word = 14 bit) và được phân thành nhiều trang (từ page0

đến page 3 Như vậy bộ nhớ chương trình có khả năng chứa được 8*1024 = 8192lệnh (vì một lệnh sau khi mã hóa sẽ có dung lượng 1 word (14 bit) Để mã hóađược địa chỉ của 8K word bộ nhớ chương trình, bộ đếm chương trình có dunglượng 13 bit (PC<12:0>) Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm chương trình sẽchỉ đến địa chỉ 0000h (Reset vector) Khi có ngắt xảy ra, bộ đếm chương trình sẽchỉ đến địa chỉ 0004h (Interrupt vector) Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộnhớ stack và không được địa chỉ hóa bởi bộ đếm chương trình, bộ nhớ stack.

b Bộ nhớ dữ liệu.

Bộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia làm nhiều bank Đối vớiPIC16F877A bộ nhớ dữ liệu chia làm 4 bank Mỗi bank có dung lượng 128 byte,bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR(Special Function Register)nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các thanh ghi mục đích chung GPR(GeneralPurpose Register) nằm ở các vùng địa chỉ còn lại trong bank Các thanh ghiSFR thường xuyên được sự dụng

Sơ đồ cụ thể:

Hình 2.5: Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877A

2.1.3 Cảm biến(5 cặp led thu phát hồng ngoại)

Thông tin cơ bản:

2.1.2 Linh kiện điện tử.

- Linh kiện điện tử bao gồm: Module điều khiển động cơ L298 (hoặc L293D),module ổn áp 7805, tụ gốm, thạch anh, motor DC 5v

2.1.2.1 Module điều khiển động cơ L298

 Điện áp hoạt động của động cơ 5V – 35V

Hình 2.1: Sơ đồ của mạch cầu H

Bằng cách điều khiển 4 "công tắc" này đóng mở, ta có thể điều khiển

được dòng điện qua động cơ cũng như các thiết bị điện tương tự.

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạch cầu H

4 "công tắc" này thường là Transistor BJT, MOSFET hay relay Tùy vào yêu cầu điềukhiển khác nhau mà người ta lựa chọn các loại "công tắc" khác nhau

khiển các loại động cơ công suất thấp Lí do đơn giản là vì transistor BJT thường có côngsuất thấp hơn các loại MOSFET , đồng đời cũng rẻ và dễ tìm mua, sử dụng đơn giản Đây

là sơ đồ tổng quát của một mạch cầu H sử dụng transistor BJT:

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý của mạch cầu H dùng transistor BJT

 Nguyên lý hoạt động: Theo như sơ đồ hình 2.3, ta có A và B là cực điều khiển mắc nối

tiếp với 2 điện trở hạn dòng, tùy vào loại transistor bạn đang dùng mà trị số điện trở nàykhác nhau Phải đảm bảo rằng dòng điện qua cực Base của các transistor không quá lớn

để làm hỏng chúng Trung bình thì dùng điện trở 1k Ohm

Ta điều khiển 2 cực này bằng các mức tín hiệu HIGH, LOW tương ứng là 12V và0V Transistor BJT loại NPN mở hoàn toàn khi điện áp ở cực Base bằng điện áp ở cựcCollector, trong mạch đang xét hiện tại là 12V Transistor BJT loại PNP mở hoàn toànkhi điện áp ở cực Base bằng 0V Với 2 cực điều khiển và 2 mức tín hiệu HIGH/LOWtương ứng 12V/0V cho mỗi cực, có 4 trường hợp xảy ra như sau:

A ở mức LOW và B ở mức HIGH

Ở phía A, transistor Q1 mở, Q3 đóng Ở phía B, transistor Q2 đóng, Q 4 mở Dó đó,dòng điện trong mạch có thể chạy từ nguồn 12V đến Q1, qua động cơ đến Q4 để về

GND Lúc này, động cơ quay theo chiều thuận Bạn để ý các cực (+) và (-) của động cơ

là sẽ thấy

A ở mức HIGH và B ở mức LOW

Ở phía A, transistor Q1 đóng, Q3 mở Ở phía B, transistor Q2 mở, Q 4 đóng Dó đó,dòng điện trong mạch có thể chạy từ nguồn 12V đến Q2, qua động cơ đến Q3 để vềGND Lúc này, động cơ quay theo chiều ngược

A và B cùng ở mức LOW

Khi đó, transistor Q1 và Q2 mở nhưng Q3 và Q4 đóng Dòng điện không có đường

về được GND do đó không có dòng điện qua động cơ - động cơ không hoạt động

A và B cùng ở mức HIGH

Khi đó, transistor Q1 và Q2 đóng nhưng Q3 và Q4 mở Dòng điện không thể chạy

từ nguồn 12V ra do đó không có dòng điện qua động cơ - động cơ không hoạt động

 Điều khiển tốc độ động cơ: Bạn chỉ cần thay đổi điện áp đặt vào 2 cực điều khiển của

nhanh Động cơ chạy theo chiều thuận khi điện áp ở A nhỏ hơn B và ngược lại

 Môi trường phát trển PICC CCS

Hình 2.5: Phản xạ của tia hồng ngoại.

Dùng bề mặt đen để hấp thụ tia được phát ra giống như không có vật cản

Hình 2.6: Tia hồng ngoại bị hấp thụ bởi bề mặt có màu đen

CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.1 Đặc tả yêu cầu hệ thống

3.1.1 Các yêu cầu chức năng

Yêu cầu hệ thống: Robocar tự hành tự điều khiển đi theo vạch được kẻ sẵn

3.1.2 Các yêu cầu phi chức năng

Yêu cầu phi chức năng: khi gặp vật cản có thể dừng lại

3.2 Thiết kế hệ thống

3.2.1 Thiết kế phần cứng cho hệ thống

Sơ đồ khối:

Sơ đồ nguyên lý

Hình 3.1: Sơ đồ mạch nguyên lý Phân tích sơ đồ mạch nguyên lý:

Hình 3.2: Sơ đồ khối tạo dao động(thạch anh 20MHz).

- Khối tạo dao động sẽ tạo ra dao động cho VĐK hoạt động.

Hình 3.3: Khối điều khiển

- Khối điều khiển sẽ nhận tín hiệu từ các cảm biến và đưa ra lệnh điều khiểncho module L298

Hình 3.4: Khối cảm biến

- Khối cảm biến để khép nối với các cảm biến và L298

- Và nhận các tín hiệu từ cảm biến truyền về VĐK

Hình 3.5: Khối công suất l298

Khối công suất l298: nhận tín hiệu điều khiển từ VĐK để điều khiểnđộng cơ

3.2.2 Thiết kế phần mềm cho hệ thống

Lưu đồ thuật toán:

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý Robocar dò đường.

Hình 4.2 Thiết kế phần cứng( Góc nhìn dọc)

4.1.2 Lập trình phần mềm cho hệ thống

Điều khiểu xe chạy theo vạch line có sẵn: Khi cảm biến dò đường nhận được tínhiệu từ vạch trên đường sẽ gửi tín hiệu về VĐK VĐK sẽ xử lý và đưa ra tín hiệu điềukhiển cho L298 để điều khiển động cơ cho phù hợp để xe có thể di chuyển chính xác

Có vật cản phía trước sẽ dừng lại

4.1.3 Tích hợp hệ thống

Trong chương trình đã được định nghĩa các chân điều khiển và các chân tín hiệu

 Đi thẳng, rẽ trái, rẽ phải, đi vòng chạy rất tốt

4.3 Hướng dẫn vận hành hệ thống

Các bước vận hành:

KẾT LUẬN

Kết quả đạt được của đề tài

Kiến thức:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Phạm Ngọc Hưng (2020), “Đề cương bài giảng môn thiết kế hệ thống nhúng,” Trường Đại học

Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên.

[2] Đặng Hoài Bắc, Nguyễn Ngọc Minh (2013), Thiết kế hệ tống nhúng, NXB thông tin và truyền