Thiết kế và thi công robot dò đường sử dụng thuật toán pid

Thiết kế và thi công robot dò đường sử dụng thuật toán pid Thiết kế và thi công robot dò đường sử dụng thuật toán pid Thiết kế và thi công robot dò đường sử dụng thuật toán pid Thiết kế và thi công robot dò đường sử dụng thuật toán pid Thiết kế và thi công robot dò đường sử dụng thuật toán pid Thiết kế và thi công robot dò đường sử dụng thuật toán pid Thiết kế và thi công robot dò đường sử dụng thuật toán pid Thiết kế và thi công robot dò đường sử dụng thuật toán pid Thiết kế và thi công robot dò đường sử dụng thuật toán pid Thiết kế và thi công robot dò đường sử dụng thuật toán pid Thiết kế và thi công robot dò đường sử dụng thuật toán pid

MỤC LỤC

MỤC LỤC - 1 -

DANH MỤC CÁC BẢNG - 3 -

DANH MỤC CÁC HÌNH - 4 -

PHẦN MỞ ĐẦU - 5 -

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ROBOT DÒ ĐƯỜNG - 6 -

1.1 Tổng quan về ứng dụng vi điều khiển - 6 -

1.2 Giới thiệu về robot dò đường - 6 -

1.2.1 Giới thiệu - 6 -

1.2.2 Hoạt động - 7 -

1.3 Ứng dụng robot dò đường - 9 -

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ TÌM HIỂU LINH KIỆN CỦA HỆ THỐNG - 10 -

2.1 Yêu cầu đề tài - 10 -

2.2 Giải pháp thiết kế - 10 -

2.2.1 Sơ đồ khối - 10 -

2.2.2 Phân tích chức năng các khối - 10 -

2.2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống - 11 -

2.3 Lựa chọn linh kiện - 13 -

2.3.1 Khối điều khiển - 13 -

2.3.2 Module điều khiển động cơ L293D - 18 -

2.3.3 Module cảm biến hông ngoại TCRT5000 - 20 -

2.3.4 Động cơ giảm tốc DC - 21 -

2.3.5 LED (Light Emitting Diode) - 21 -

2.3.6 Nguồn Adapter 12V2A - 22 -

CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH THUẬT TOÁN PID VÀ ỨNG DỤNG TRONG ROBOT DÒ ĐƯỜNG - 23 -

3.1 Giới thiệu - 23 -

3.2 Định nghĩa thuật toán PID - 23 -

3.3 Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) - 24 -

3.4 Giải thuật điều khiển vi tích phân tỉ lệ (PID) - 25 -

3.5 Ứng dụng giải thuật trên robot dò đường - 26 -

3.5.1 Mô hình PID áp dụng cho robot dò đường - 26 -

3.5.2 Giải thuật PID - 27 -

3.5.3 Hiệu chỉnh thuật toán PID - 28 -

3.6 Giới thiệu phần mềm Arduino IDE - 29 -

3.6.1 Giao diện - 29 -

3.6.2 Vùng lệnh - 29 -

3.6.3 Vùng thông báo (debug) - 30 -

3.6.4 Một số lưu ý - 30 -

CHƯƠNG VI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT DÒ ĐƯỜNG - 31 -

4.1 Thiết kế đường đi cho robot - 31 -

4.2 Chế tạo và hoàn thành sân đi cho robot - 31 -

4.2.1 Tấm Formex - 31 -

4.2.2 Hệ thống đường line cho robot - 32 -

4.3 Hoàn thành Robot dò đường - 33 -

4.4 Kết quả thực nghiệm trên mô hình robot - 33 - PHẦN KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2 1 Đặc điểm kỹ thuật Arduino Uno R3 - 15 -

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Sân chạy robot - 7 -

Hình 1.2 Quang trở - 8 -

Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động của quang trở - 8 -

Hình 1.4 Cách bố trí cảm biến - 8 -

Hình 2.1 Sơ đồ khối robot dò đường - 10 -

Hình 2.2 Mạch cảm biến LED - quang trở - 12 -

Hình 2.3 Mạch điều khiển motor sử dụng L298 - 13 -

Hình 2.4 Arduino UNO R3 - 15 -

Hình 2.5 Vi xử lý ATmega328 - 17 -

Hình 2.6 Sơ đồ chân ATmega328 - 17 -

Hình 2.7 Module L293D - 18 -

Hình 2.8 Chân kết nối RC522 - 20 -

Hình 2.9 Động cơ DC giảm tốc - 21 -

Hình 2.10 LED - 22 -

Hình 2.11 Nguồn adapter 12v2A - 22 -

Hình 3.1 Giản đồ thời gian của xung PWM - 24 -

Hình 3.2 Sơ đồ khối giải thuật PID - 25 -

Hình 3.3 Sơ đồ khối ứng dụng giải thuật PID vào robot dò đường - 27 -

Hình 3.4 Giao diện phần mềm Arduino IDE - 29 -

Hình 3.5 Các nút lệnh trong Arduino IDE - 29 -

Hình 3.6 Vùng thông báo trong Arduino IDE - 30 -

Hình 3.7 Chọn cổng kết nối cho Arduino Uno R3 - 30 -

Hình 4.1 Mô phỏng đường đi trên phần nềm Paint 3D - 31 -

Hình 4.2 Tấm formex dùng làm tấm nền cho robot - 32 -

Hình 4.3 Băng keo dùng làm đường line - 32 -

Hình 4.4 Sân đi sau khi chế tạo - 33 -

Hình 4.5 Hoàn thiện robot dò đường - 33 -

Hình 4.6 Cảm biến hồng ngoại - 34 -

PHẦN MỞ ĐẦU

Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao

Các bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển tuy đơn giản nhưng để vận hành

và sử dụng được lại là một điều rất phức tạp Các bộ vi điều khiển theo thời gian cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn đã tiến triển rất nhanh, từ các bộ vi điều khiển 4 bit đơn giản đến các bộ vi điều khiển 32 bit, rồi sau này là 64 bit Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công – nông – lâm – ngư nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hằng ngày

Robot có vai trò rất quan trọng trong đời sống hiện nay đặc biệt là những ứng dụng của nó trong công nghiệp, sản xuất kinh tế, quốc phòng… Vì vậy em

chọn đề tài “Thiết kế và thi công robot dò đường áp dụng thuật toán PID” để

làm đồ án tốt nghiệp

Mặc dù đã rất cố gắng thiết kế và làm mạch nhưng do thời gian ngắn và năng lực còn hạn chế nên mạch vẫn còn những sai sót Em mong thầy (cô) giáo góp ý để em sớm hoàn thành đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ROBOT DÒ ĐƯỜNG

1.1 Tổng quan về ứng dụng vi điều khiển

- Với sự phát triển kh ng ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là sự phát triển trong ngành điện tử đã đem đến rất nhiều ứng dụng trong c ng nghiệp và trong sinh hoạt gia đình

- Từ khi c ng nghệ chế tạp loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến những phương thức kỹ thuật điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều khiển lắp ráp bằng các linh kiện rời như k ch thước nhỏ, giá thành r , độ làm việc tin cậy, c ng suất tiêu thụ nhỏ

- Trong các ứng dụng dân dụng và công nghiệp, các bộ vi mạch vi điều khiển được sử dụng rộng rãi và chúng đã phát huy được t nh ưu việt của nó và ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn

- Việc sử dụng các bộ vi điều khiển để điều khiển các công việc mang tính lặp lại có chu kì là cần thiết để thay thế sự giám sát của con người, giảm được số lượng nhân c ng trong các dây chuyền sản xuất, thay con người thực hiện các công việc mang t nh nguy hiểm, độc hại,

1.2 Giới thiệu về robot dò đường

Ngày nay, khoa học kĩ thuật càng ngày càng phát triển, không chỉ phát triển

ở một nhóm nước ở châu âu như trước đây mà lan rộng ra toàn cầu Một trong những bước tiến của khoa học đáng kể đến là sự xuất hiện và ra đời của robot - những bộ máy thông minh

Robot thực ra đó là những máy móc được con người chế tạo từ nhiều vật liệu khác nhau, nhưng chủ yếu là những vật liệu dẫn điện Gọi là những máy móc thông minh vì robot có thể làm những công việc thay thế con người từ những công việc đơn giản nhất cho đến những công việc phức tạp

Có thể hiểu cấu trúc robot như sau:

Robot gồm có hai phần:

+ Phần cứng: là phần cấu tạo nên cấu trúc hoạt động của robot (có thể

xem là phần ta có thể thấy bằng mắt thường)

+ Phần mềm: là phần chương trình được lập trình viên viết và nạp vào robot nhằm điều khiển robot hoạt động độc lập (có thể xem đây là phần không thể nhìn thấy bằng mắt thường)

Nhận thức được tầm quan trọng của robot đối với đời sống ngày nay chúng

em đã mạnh dạn chế tạo robot dò đường - một dạng của robot

Robot dò đường là loại robot có cấu tạo như một loại xe có thể tự động nhận dạng và chạy theo một đường đi có sẵn và tự t nh toán đường đi để tới đ ch mà không cần người điều khiển nhờ chương trình được nạp sẵn do người lập trình viết nên Robot chúng em dò theo những vạch đường và ở đây là vạch đen trên nền trắng

Hình 1.1 Sân chạy robot

Trong đó, những đường thẳng đen là những vạch robot dò đường đi Còn phần sân là một màu trắng đối lập với vạch đen nhằm để robot không bị nhiễu khi dò đường Sở dĩ như vậy vì cảm biến trong robot nhận dạng và phát hiện vạch đen

Sản phẩm là một chiếc xe tự động có chức năng tự di chuyển đến điểm mong

muốn trên sân Với các chế độ 1,2 chiếc xe có thể thực hiện được đa dạng trong việc di chuyển và có nhiều hướng phát triển thêm sau này

Hình 1.2 Quang trở

Khi có ánh sáng thì điện trở của quang trở sẽ giảm và ngược lại, điện trở của nó thay đổi cỡ từ 5k (khi có ánh sáng) đến 100k (không có ánh sáng), ta sử dụng 2 led phát làm nguồn sáng cho nó Khi gặp vạch trắng, ánh sáng sẽ phản xạ lên quang trở làm điện trở nó giảm xuống và khi gặp nền đen thì ánh sáng sẽ khó phản xạ nên quang trở nhận ít ánh sáng nên trở nó tăng Từ đó dựa vào 8 quang trở, robot có thể phân biệt được vạch trắng (dưới sự hỗ trợ của opamp so sánh)

Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động của quang trở

Qua opam so sánh tín hiệu nhận được được gửi về mạch xử lý trung tâm, ở đây Arduino Uno R3 xử lý tính hiệu và đưa ra các điều khiển tùy vào người lập trình

Hình 1.4 Cách bố trí cảm biến

Dựa vào nững nhận biết vạch của cảm biến mà từ đó xe có thể rẽ trái, rẽ phải

 Để rẽ trái: cảm biến 5,6 có tính hiệu hoặc cảm biến 5,6,7 có tính hiệu Khi r trái động cơ trái chạy chậm lại động cơ phải chạy nhanh hơn Khi

r trái ở ngã tư động cơ phải quay thuận,động cơ trái quay ngược

 Để rẽ phải: cảm biến 3,4 có tính hiệu hoặc cảm biến 2,3,4 có tính hiệu Khi r phải động cơ phải chạy chậm, động cơ trái chạy nhanh hơn Khi r phải ở ngã tư động cơ trái quay thuận, động cơ phải quay ngược

 Để chạy thẳng: hai cảm biến 4,5 có tính hiệu Hai động cơ trái phải chạy cùng tốc độ

 Nhận biết số ngã tư 1 hoặc 8 cảm biến đồng thời có tính hiệu

B và ngược lại

- Ứng dụng trong quân sự: chế tạo những robot dò mìn, hiện nay khoa học

đã phát triển hơn nhiều robot có khả năng di chuyển dựa vào việc xử lý ảnh do robot chụp lại, từ đó robot có thể tìm được đường đi và phát hiện ra mìn,vật cần tìm…

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ TÌM HIỂU LINH KIỆN CỦA HỆ THỐNG

2.1 Yêu cầu đề tài

Sử dụng thuật toán PID áp dụng vào khối điều khiển Arduino UNO R3 thông qua bộ cảm biến dò đường để xuất tín hiệu cho Module L298 điều khiển 2 bánh xe đi đúng vạch

2.2 Giải pháp thiết kế

Để thực hiện được thiết kế và chế tạo robot dò đường sử dụng thuật toán PID em đưa ra sơ đồ thiết kế như sau:

Hình 2.1 Sơ đồ khối robot dò đường

2.2.2 Phân tích chức năng các khối

- Khối cấp nguồn: Khối cấp nguồn 5VDC có chức năng cấp nguồn 5V cho

các khối có thể hoạt động được

Khối cấp nguồn 12VDC có chức năng cấp nguồn 12V cho khối điều khiển động

cơ có thể hoạt động được

- Khối cảm biến: Sử dụng module cảm biến dò đường để nhận tín hiệu từ bên

ngoài xong chuyển tín hiệu sang khối so sánh

- Khối so sánh: Nhận tín hiệu từ khối cảm biến, so sánh và khếch đại tín hiệu

để đưa ra mức logic 0 tương ứng với trạng thái có vạch và mức logic 1 tương ứng với trạng thái không vạch rồi chuyển tín hiệu cho khối điều khiển trung tâm xử lý

- Khối điều khiển trung tâm: Sử dụng Arduino Uno R3, nhận tín hiệu từ khối

so sánh rồi t nh toán để xác định trạng thái robot đang di chuyển và xuất

ra tín hiệu xung chuyển qua khối điều khiển động cơ

- Khối điều khiển động cơ: Sử dụng module L298 để nhận tín hiệu từ khối

điều khiển trung tâm rồi xử lý tín hiệu để điều hướng xe di chuyển đúng

2.2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Tín hiệu từ cảm biến được đưa qua mạch so sánh và khếch đại tín hiệu để đưa ra mức logic “0” ứng với trạng thái có vạch và mức logic “1” ứng với trạng thái không có vạch Dựa vào tín hiệu từ khối cảm biến, khối điều khiển trung tâm sẽ t nh toán để xác định trạng thái robot đang di chuyển và xuất ra tín hiệu xung PWM để điều khiển các động cơ th ng qua mạch điều khiển động cơ sử dụng IC L298 Việc đó sẽ giúp robot tự di chuyển theo quỹ đạo xác định trước

Điều này giúp cho robot có khả năng dò đường một cách chính xác và hiệu quả

Hiện nay, thị trường có rất nhiều loại cảm biến khác nhau Chúng giúp cho robot

có khả năng dò đường một cách chính xác và hiệu quả như, cảm biến la bàn điện

từ, cảm biến tiếp xúc, cảm biến quang, bộ giải mã encoder, hệ thống định vị toàn cầu GPS, camera quan sát kết hợp công nghệ xử lý ảnh… Trong phạm vi bài báo này, tác giả sử dụng các cặp cảm biến quang được đặt cạnh nhau theo hàng ngang dưới thân của robot, vì robot thực nghiệm di chuyển theo vạch k màu đen trên nền màu trắng

Nguyên lý hoạt động của mạch cảm biến thu phát quang dựa trên sự hấp thụ

và phản xạ ánh sáng của các màu sắc khác nhau của nền và đường đi Vạch màu trắng có khả năng phản xạ ánh sáng tốt hơn vạch màu đen Khi đó, quang trở sẽ nhận được các tia sáng phản xạ có cường độ lớn làm cho giá trị điện trở giảm khá nhiều, dẫn đến điện áp trên quang trở là Vmin sẽ thấp Ngược lại, vạch màu

đen có khả năng phản xạ ánh sáng kém hơn vạch màu trắng Khi đó, quang trở nhận được các tia sáng phản xạ có cường độ thấp làm cho giá trị điện trở của quang trở giảm kh ng đáng kể, dẫn đến điện áp trên quang trở lúc này là Vmax sẽ cao

Hình 3.b thể hiện sơ đồ mạch nguyên lý của cảm biến Điện áp trên biến trở Vref, được tính theo công thức (1), dùng để so sánh với điện áp từ quang trở để chuyển đổi thành các mức logic 0 tương ứng với 0Vdc hoặc mức logic 1 tương ứng với 5Vdc mà vi điều khiển có thể hiểu được

a) Nguyên lý hoạt động (b)Sơ đồ mạch nguyên lý

Hình 2.2 Mạch cảm biến LED - quang trở

Khối điều khiển động cơ có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển trung tâm thành tín hiệu điện áp để thay đổi tốc độ và chiều quay của động cơ Trên thực tế, rất nhiều mạch điều khiển động cơ có thể đảm nhận cả hai nhiệm vụ này như: mạch cầu H dùng BJT hoặc FET, mạch 1 FET + 1 relay, IC

298, IC TD18200… Tùy vào ứng dụng cụ thể, với các giá trị dòng áp theo yêu cầu mà lựa chọn mạch điều khiển động cơ cho phù hợp Trong bài báo này, tác giả sử dụng IC L298 để thiết kế và chế tạo cho mạch điều khiển động cơ IC này được tích hợp 2 mạch cầu H, có thể hoạt động ở điện áp tối đa 46Vdc và dòng điện định mức tổng cộng là 5A Hơn nữa, L298 có khả năng đảo chiều quay và thay đổi tốc độ quay của động cơ một cách dễ dàng bằng cách sử dụng phương pháp PWM Sơ đồ mạch nguyên lý của khối điều khiển động cơ được thiết kế như hình 2.3

Hình 2.3 Mạch điều khiển motor sử dụng L298

2.3 Lựa chọn linh kiện

2.3.1 Khối điều khiển

2.3.1.1 Giới thiệu chung Arduino

Arduino đã và đang được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới, và ngày càng chứng tỏ được sức mạnh của chúng thông qua vô số ứng dụng độc đáo của người dùng trong cộng đồng nguồn mở (open- source) Tuy nhiên tại Việt Nam Arduino vẫn còn chưa được biết đến nhiều

Arduino cơ bản là một nền tảng mẫu mở về điện tử (open-source electronic sprototyping platform) được tạo thành từ phần cứng lẫn phần mềm

Về mặt kỹ thuật có thể coi Arduino là 1 bộ điều khiển logic có thể lập trình được Đơn giản hơn, Arduino là một thiết bị có thể tương tác với ngoại cảnh thông qua các cảm biền và hành vi được lập trình sẵn Với thiết bị này, việc lắp ráp và điều khiển các thiết bị điện tử sẽ dễ dàng hơn bao giờ hết Arduino được phát triển nhằm đơn giản hóa việc thiết kế, lắp ráp linh kiện điện tử cũng như lập trình trên vi xử lí và mọi người có thể tiếp cận dễ dàng hơn với thiết bị điện tử

mà không cần nhiều về kiến thức điện tử và thời gian Sau đây là nhưng thế mạnh của Arduino so với các nền tảng vi điều khiển khác:

- Chạy trên đa nền tảng: Việc lập trình Arduino có thể thể thực hiện trên các hệ điều hành khác nhau như Windows, Mac Os, Linux trên Desktop,

Android trên di động

- Ngôn ngữ lập trình đơn giản dễ hiểu

- Nền tảng mở: Arduino được phát triển dựa trên nguồn mở nên phần mềm chạy trên Arduino được chia s dễ dàng và tích hợp vào các nền tảng khác nhau

- Mở rộng phần cứng: Arduino được thiết kế và sử dụng theo dạng module nên việc mở rộng phần cứng cũng dễ dàng hơn

- Đơn giản và nhanh: Rất dễ dàng lắp ráp, lập trình và sử dụng thiết bị

- Dễ dàng chia s : Mọi người dễ dàng chia s mã nguồn với nhau mà không lo lắng về ngôn ngữ hay hệ điều hành mình đang sử dụng

Arduino có rất nhiều module, mỗi module được phát triển cho một ứng dụng Về mặt chức năng, các bo mạch Arduino được chia thành hai loại, loại bo mạch chính có chip Atmega và loại mở rộng thêm chức năng cho bo mạch chính Các bo mạch chính về cơ bản là giống nhau về chức năng, tuy nhiên về mặt cấu hình như số lượng I/O, dung lượng bộ nhớ, hay k ch thước có sự khác nhau Một số bo có trang bị thêm các t nh năng kết nối như Ethernet và Bluetooth Các bo mở rộng chủ yếu mở rộng thêm một số t nh năng cho bo mạch chính Ví dụ như t nh năng kết nối Ethernet, Wireless, điều khiển động cơ

Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu không có sẵn nguồn

từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, sẽ làm hỏng

Arduino UNO

Hình 2.4 Arduino UNO R3 Bảng 2 1 Đặc điểm kỹ thuật Arduino Uno R3

Vi điều khiển Atmega328 (họ 8bit)

Điện áp hoạt động 5V – DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động 16 MHz

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V – DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V – DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân

dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực

dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể

được đo ở chân này Và dĩ nhiên nó lu n là 5V Mặc dù vậy kh ng được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương

đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

Các cổng vào/ra: Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc

xuất tín hiệu Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển Atmega328 (mặc định thì các điện trở này kh ng được kết nối) Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận

(receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM

với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite() Nói một cách đơn giản, có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác

Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài

các chức năng th ng thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác

LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (k hiệu chữ L) Khi

bấm nút Reset, sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số

13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân

AREF trên board, có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân

analog Tức là nếu cấp điện áp 2.5V vào chân này thì có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit

Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác

Atmega328 là một ch p vi điều khiển được sản xuất bời hãng Atmel thuộc

họ MegaAVR có sức mạnh hơn hẳn Atmega8 Atmega 328 là một bộ vi điều khiển 8 bít dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ chương trình 32KB ISP flash có thể ghi xóa hàng nghìn lần, 1KB EEPROM, một bộ nhớ RAM vô cùng lớn trong thế giới vi xử lý 8 bít (2KB SRAM)

Hình 2.5 Vi xử lý ATmega328

Hình 2.6 Sơ đồ chân ATmega328

Các thông số chính của vi điều khiển Atmega328:

- Bộ vi xử lý

- Giao diện SPI đồng bộ

- Kiến trúc: AVR 8bit

- Xung nhịp lớn nhất: 20Mhz

- Bộ nhớ chương trình (FLASH): 32KB

- Bộ nhớ EEPROM: 1KB

- Điện áp hoạt động rộng: 1.8V – 5.5V

- Số timer: 3 timer gồm 2 timer 8-bit và 1 timer 16-bit

- Số kênh xung PWM: 6 kênh (1timer 2 kênh

2.3.2 Module điều khiển động cơ L293D

IC L293D là một IC tích hợp nguyên khối gồm 2 mạch cầu H bên trong Với điện áp làm tăng c ng suất đầu ra từ 5V – 47V , dòng lên đến 4A, L293 rất thích hợp trong những ứng dụng công suất nhỏ như động cơ DC loại vừa

2.3.2.1 Đặc điểm của module điều khiển động cơ L293D

Hình 2.7 Module L293D

Module điều khiển động cơ L293 là một shield mở rộng cho các board arduino, dùng để điều khiển các loại động cơ DC, động cơ bước và động cơ servo

Module được thiết kế gọn gàng, đẹp mắt và tương th ch hoàn toàn với các board Arduino: arduino uno r3, arduino leonardo, arduino mega2560, giúp bạn

có thể sử dụng và điều khiển một cách dễ dàng và nhanh chóng

Module điều khiển động cơ L293 sử dụng 2 IC cầu H L293D hoàn chỉnh với các chế độ bảo vệ và 1 IC logic 74HC595 để điều khiển các động cơ

Module có thể điều khiển nhiều loại motor khác nhau như step motor, servo motor, motor DC, với mức áp lên đến 36V, dòng tối đa 600mA cho mỗi kênh điều khiển

lại các dòng điện cảm ứng từ việc khởi động/ tắt động cơ

2.3.2.2 Thông số kỹ thuật của module điều khiển động cơ L293D

Điện áp làm việc : 9~24V ( nên dùng 12V cho ổn định)

Dòng kh ng tải: 10mA

2 jack cắm điều kiển 2 động cơ

4 ngõ ra điều kiển 4 động cơ độc lập

Mạch t ch hợp điện trở nối GND giúp cho mạch kh ng tự chạy khi nối board

2.3.2.3 Chân kết nối của module điều khiển động cơ L293D

4 chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 được nối lần lượt với các chân 5, 7,

10, 12 của L298 Đây là các chân nhận tín hiệu điều khiển

2 jack cắm điều khiển 2 động cơ RC servo

4 ngõ ra điều khiển đến 4 động cơ DC độc lập

2 động cơ step motor loại đơn cực (unipolar) hoặc lưỡng cực (bipolar) Mạch t ch hợp điện trở nối GND giúp cho kh ng tự chạy khi khởi động board

Các chân mà Module điều khiển động cơ L293 sử dụng là:

Chân điều khiển 2 RC servo được kết nối với chân số 9 và 10 Nguồn cung cấp được lấy trực tiếp từ board Arduino

Motor 1 nối với chân 11

Motor 2 nối với chân 3

Motor 3 nối với chân 5

Motor 4 nối với chân 6

Chân 4, 7, 8, 12 dùng điều khiển motor th ng qua IC 74HC595

Cần lưu ý đến cách điều khiển chiều quay với L293D:

Khi ENA = 0: Động cơ kh ng quay với mọi đầu vào

Khi ENA = 1:

INT1 = 1; INT2 = 0: Động cơ quay thuận

INT1 = 0; INT2 = 1: Động cơ quay nghịch

INT1 = INT2: Động cơ dùng ngay tức thì

2.3.3 Module cảm biến hông ngoại TCRT5000

Hình 2.8 Chân kết nối RC522 2.3.3.1 Giới thiệu module cảm biến hồng ngoại TCRT5000

Cảm biến dò line có thể dùng để phát hiện line trắng và đen Mạch sử dụng cảm biến hồng ngoại TCRT5000 với khoảng cách phát hiện từ 1~25mm giúp dễ dàng trong quá trình cài đặt module lên thiết bị Có thể dễ dàng điều chỉnh độ nhạy của cảm biến qua biến trở được thiết kế sẵn trên board Mạch thích hợp dùng cho các thiết bị cần di chuyển theo line, thiết bị phát hiện màu trắng, đen

2.3.3.2 Thông số kỹ thuật của module cảm biến hồng ngoại TCRT5000

Nguồn cung cấp: 5V

Mạch sử dụng chip so sánh LM393

Dòng điện tiêu thụ: <10mA

Dải nhiệt độ hoạt động: 0oC ~ 50oC

Ngõ ra giao tiếp: 4 dây (VCC, GND, DO, AO)

Mức tín hiệu ngõ ra: TTL

K ch thước: 3.2 x 1.4mm

2.3.4 Động cơ giảm tốc DC

Hình 2.9 Động cơ DC giảm tốc 2.3.4.1 Giới thiệu động cơ DC giảm tốc

Động cơ DC giảm tốc V1 là loại được lựa chọn và sử dụng nhiều nhất hiện nay cho các thiết kế Robot đơn giản Động cơ DC giảm tốc V1 có chất lượng và giá thành vừa phải cùng với khả năng dễ lắp ráp của nó đem đến chi phí tiết kiệm và sự tiện dụng cho người sử dụng, các bạn khi mua động cơ giàm tốc V1 có thể mua thêm gá bắt động cơ vào thân Robot cũng như bánh xe tương thích

2.3.4.2 Thông số kỹ thuật của động cơ DC giảm tốc

2.3.5 LED (Light Emitting Diode)

Là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một bán dẫn loại P ghép với một bán dẫn loại N Tương tự như bóng đèn tròn dùng sợi đốt nhưng kh ng phải chiếu sáng bằng sợi đốt, đèn LED được coi là loại đèn tiết kiệm điện năng nhất, tạo ra hiệu suất ánh sáng tốt nhất, tỏa nhiệt t hơn

Hình 2.10 LED

2.3.6 Nguồn Adapter 12V2A

Hình 2.11 Nguồn adapter 12v2A

Là nguồn chuyển đổi từ AC 220V sang 12V DC

Điện áp vào: AC100-240V (50-60HZ)

Điện áp ra: DC12V 2000mA

Loại Jack cắm: Loại tròn

Có chức năng cung cấp nguồn cho toàn mạch hoạt động