Đang tải... (xem toàn văn)
Báo cáo đồ án chuyên ngành Công nghệ thông tin - chương trình đại họcĐề tài : Tìm hiểu về cấu tạo của robot, vẽ thiết kế mạch dò đường và điều khiển dò đường theo vạch trắng cho robot tự động.
MỤC LỤC MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 2 Ý NGHĨA KHOA HỌC THỰC TIỄN 2 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3 LỜI NÓI ĐẦU 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT 4 I.1. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA ROBOT TỰ ĐỘNG 4 I.2. ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRONG ROBOT 5 I.2.1. Giới thiệu về động cơ điện một chiều 5 I.2.2. Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ 6 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ 7 II.1. GIỚI THIỆU VỀ BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 7 II.1.1. Tổng quan về bộ vi điều khiển 8051 7 II.1.2. Các chân điều khiển của 8051 9 II.2. TÌM HIỂU CHIP VI ĐIỀU KHIỂN P89V51RD2 12 II.2.1. Tổng quan và các tính năng của P89V51RD2 12 II.2.2. Sơ đồ khối của MCU P89V51RD2 13 Hình 2.4: Sơ đồ khối của MCU P89V51RD2 14 II.2.3. Các chân của vi điều khiển 14 II.2.4. Định nghĩa các thanh ghi chức năng 16 II.2.5. Chức năng PCA 17 II.2.6. Các chế độ hoạt động của Module PCA 19 II.3. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO ROBOT 21 II.3.1. Sơ đồ khối mạch điều khiển Robot 21 II.3.2. Các module điều khiển 22 II.3.2.1. Module vi điều khiển 22 II.3.2.2. Module cảm biến 23 II.3.2.3. Mạch nguồn vi điều khiển và cảm biến 24 II.3.3. Các bước thi công mạch 24 CHƯƠNG III: THUẬT TOÁN DÒ ĐƯỜNG 26 III.1. TẬP LỆNH CỦA 8051 26 III.2. LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 30 III.2.1. Lưu đồ thuật toán dò đường 30 III.2.1. Nguyên lý dò đường và minh họa thuật toán dò đường 32 III.3. PHỤ LỤC (CODING) 34 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHO ĐỀ TÀI 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Tìm hiểu về cấu tạo của robot, vẽ thiết kế mạch dò đường và điều khiển dò đường theo vạch trắng cho robot tự động. Ý NGHĨA KHOA HỌC THỰC TIỄN Trong thời đại ngày nay khoa học kỹ thuật đã và đang phát triển vượt bậc. Nhân loại đã bước sang một kỷ nguyên tự động hóa hết sức mạnh mẽ, các máy móc và thiết bị công nghiệp cũng như dân dụng đang dần được tự động hóa hoàn toàn. Sự ra đời không ngừng của các vật liệu bán dẫn, các bộ vi xử lý, vi điều khiển… đã làm cho các máy móc trở nên thong minh hơn. Tất cả các nước trên thế giới đã và đang hướng tới công nghiệp hóa và hiện đại hóa kết hợp chặt chẽ với tự động hóa. Trong tương lai không xa con người sẽ được giải phóng khỏi những công việc nặng nhọc và nguy hiểm, thay vào đó sẽ là những robot thông minh thực hiện những công việc này. Cuộc thi sáng tạo robocon hằng năm được tổ chức không đơn thuần chỉ là sân chơi cho tất cả các bạn sinh viên mà nó còn hỗ trợ rất nhiều kiến thức thực tế bổ sung cho những kiến thức lý thuyết đã được học ở lớp. Đề tài của em xin nói đến một phần nhỏ trong quá trình thiết kế và thi công một robot tự động. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Trong cả một quá trình thiết kế và thi công một robot, chúng ta có ba giai đoạn chính: Thiết kế cơ khí trên bản vẽ và thi công thực tế. Thiết kế mạch điện tử và lập trình cho robot. Hoàn tất quá trình cơ khí và test thử robot. Đề tài sẽ có nội dung chính hướng đến là tìm hiểu về mạch dò đường cho robot và cách điều khiển cho robot tự động tìm đường đi dựa vào vạch trắng. LỜI NÓI ĐẦU Trước tiên em xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy cô cũng như các anh (chị) chuyên viên trung tâm CEE, những người đã tạo điều kiện cho em có cơ hội nghiên cứu và tìm hiểu sâu rộng về lĩnh vực robot, đặc biệt là thầy Lê Thế Hải đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Có được sự giúp đỡ tận tình đó cùng với sự cố gắng của bản than nên em đã hoàn thành được đề tài đúng thời hạn. Với sự hiểu biết và kiến thức còn hạn chế, thời gian thực hiện đề tài không nhiều nên không tránh khỏi những sai sót. Rất mong được quý thầy cô và các bạn hướng dẫn, góp ý để đề tài được hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Nguyễn Minh Quỳnh. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT I.1. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA ROBOT TỰ ĐỘNG Robot tự động được thiết có cấu trúc như sau: Hình 1.1: Cấu trúc của Robot tự động Trong đó: o Khối hiển thị:là 4 led 7 đoạn hiển thị số mode chương trình . o Khối cảm biến:bao gồm các cảm biến nhận tín hiệu vạch trắng. o Khối điều chỉnh:là khối giao tiếp giữa người điều khiển và Robot.Đó là các nút nhấn chọn chương trình và các vi trở điều chỉnh độ nhạy của cảm biến. o Khối VĐK:quan trọng nhất là chip 89V51 của hãng Philip điều khiển toàn bộ hoạt động của Robot : nhận tín hiệu từ khối cảm biến,khối điều chỉnh,sau đó gửi tín hiệu qua khối hiển thị và điều khiển khối cơ cấu chấp hành. KHỐI VĐK 89V51KHỐI ĐIỀU CHỈNH KHỐI CƠ CẤU CHẤP HÀNH KHỐI CẢM BIẾN KHỐI HIỂN THỊ o Khối cơ cấu chấp hành:thực hiện những thao tác mà khối vi điều khiển ra lệnh. I.2. ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRONG ROBOT I.2.1. Giới thiệu về động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như công nghiệp Cấu tạo của động cơ gồm có 2 phần: stato đứng yên và rôto quay so với stato. Phần cảm (phần kích từ-thường đặt trên stato) tạo ra từ trường đi trong mạch từ, xuyên qua các vòng dây quấn của phần ứng (thường đặt trên rôto). Khi có dòng điện chạy trong mạch phần ứng, các thanh dẫn phần ứng sẽ chịu tác động bởi các lực điện từ theo phương tiếp tuyến với mặt trụ rôto, làm cho rôto quay. Tùy theo cách mắc cuộn dây roto và stato mà người ta có các loại động cơ sau: - Động cơ kích từ độc lập: Cuộn dây kích từ (cuộn dây stato) và cuộn dây phần ứng (roto) mắc riêng rẽ nhau, có thể cấp nguồn riêng biệt. - Động cơ kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng: Đối với loaj động cơ kích từ độc lập, người ta có thể thay thế cuộn dây kích từ bởi nam châm vỉnh cữu, khi đó ta có loại động cơ điện 1 chiều dùng nam châm vĩnh cữu. Đây là loại động cơ được sử dụng trong đồ án này. I.2.2. Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ Đối với loại động cơ kích từ độc lập dùng nam châm vĩnh cữu, để thay đổi tốc độ, ta thay đổi điện áp cung cấp cho roto. Việc cấp áp 1 chiều thay đổi thường khó khăn, do vậy người ta dùng phương pháp điều xung (PWM): Hình 1.2: PWM Phương pháp điều xung sẽ giữ tần số không đổi, thay đổi chu kì nhiệm vụ (Duty cycle) để thay đổi điện áp trung bình đặt lên động cơ. Điện áp trung bình: in on dk V T T V = Do đặc tính cảm kháng của động cơ, dòng qua động cơ là dòng liên tục, gợn sóng như sau: Hình 1.3: Dạng sóng dòng và áp trên động cơ. CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ II.1. GIỚI THIỆU VỀ BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 II.1.1. Tổng quan về bộ vi điều khiển 8051 8051 là họ vi điều khiển của Intel. Các nhà sản xuất IC khác như Siemens, Ađvance Micro Devices, Fujitsu và Philips được phép làm các nhà cung cấp thứ hai cho các chíp của họ 8051. Chip 8051 có các đặc trưng được tóm tắt như sau: - 4KB ROM. - 128 byte RAM. - 4 Port xuất/nhập (I/O port) 8 bit. - 2 bộ định thời 16 bit. - Mạch giao tiếp nối tiếp. - Không gian nhớ chương trình ngoài 64K. - Không gian nhớ dữ liệu ngoài 64K. U dk t Ia t - Bộ xử lý bit (thao tác trên các bit riêng rẻ). - 210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí 1 bit. - Nhân/chia trong 4µs. Hình 2.1: Sơ đồ khối của chíp 8051 như sau: Chú thích: Interupt control: Điều khiển ngắt. Other register: Các thanh ghi khác. Timer 2, 1, 0: Bộ định thời 2, 1, 0. CPU: Đơn vị xữ lý trung tâm. Oscillator: Mạch dao động. Bus control: Điều khiển Bus. I/O Ports: Các port xuất/nhập. Serial port: Port nối tiếp. Address/data: Địa chỉ/ dữ liệu. Hình 2.2: Sơ đồ chân của 8051 II.1.2. Các chân điều khiển của 8051 + Port 0: Port 0 (các chân từ 32 đến 39 trên 8051) có hai công dụng. Trong các thiết kế có tối thiểu thành phần, port 0 được sử dụng làm nhiệm vụ xuất/nhập. Trong các thiết kế lớn hơn có bộ nhớ ngoài, port 0 trở thành bus địa chỉ và bus dữ liệu đa hợp [ byte thấp của bus địa chỉ nếu là địa chỉ] + Port 1: Port 1 chỉ có một công dụng là xuất/nhập ( các chân từ 1 đến 8 trên 8051 ). Các chân của port 1 được ký hiệu là P1.0, P1.1, … P1.7 và được dùng để giao tiếp với các thiết bị bên ngoài khi có yêu cầu. Không có chức năng nào khác nửa gán cho các chân của port 1, nghỉa là chúng chỉ được sử dụng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi. + Port 2: Port 2 ( Các chân từ 21 đến 28 trên 8051) có hai công dụng hoặc làm nhiệm vụ xuất/nhập hoặc làm byte địa chỉ cao của bus địa chỉ 16 bit cho các thiết kế có bộ nhớ chương trình ngoài hoặc các thiết kế có nhiều hơn 256 byte bộ nhớ dữ liệu ngoài. + Port 3: Port 3 ( Các chân từ 10 đến 17 trên 8051) có hai công dụng khi không hoạt động nhập/xuất các chân của port 3 có nhiều chức năng riêng. ( Xem bảng dưới ) Bit Tên Địa chỉ bit Chức năng P3.0 RxD B0H Chân nhận dữ liệu của port nối tiếp P3.1 TxD B1H Chân phát dữ liệu của port nối tiếp P3.2 INT0 B2H Ngõ vào ngắt ngoài 0 P3.3 INT1 B3H Ngõ vào ngắt ngoài 1 P3.4 T0 B4H Ngõ vào của bộ định thời/đếm0 P3.5 T1 B5H Ngõ vào của bộ định thời/đếm1 P3.6 WR B6H Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài P3.7 RD B7H Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài + Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN: 8051 cung cấp cho ta 4 tín hiệu điều khiển bus. Tín hiệu cho phép bộ nhớ chương trình PSEN ( Program Store Enable) là tín hiệu xuất trên chân 29. Đây là tín hiệu điều khiển cho phép ta truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài. [...]... ;********************** DO AN CHUYEN NGHANH ******************* ;*********************** NGUYEN MINH QUYNH ********************* ;************ SU DUNG 8 MAT DOC DO DUONG THEO VACH TRANG **** ;CHAY THANG NHANH CTN 0 ;CHAY THANG TRUNG BINH CTTB 1 ;CHAY THANG CHAM CTC 2 ;CHAY THANG RAT CHAM CTRC 3 ;KET THUC KT 100 ;*************** DINH NGHIA CAC CHUONG TRINH CON ************** CTN EQU 0 CTTB EQU 1 CTC EQU 2 CTRC EQU... Bước4: “ Khoan ” Làm "máy khoan" như sau Ta lấy một động cơ 12V, lấy một phần thân ruột bút bi , cắm một đầu vào động cơ, một đầu cắm mũi khoan, sau đó đổ 502 Còn mũi khoan mua ở chợ trời, cuối chợ, mua vài cái về dùng dần Mũi 0.6 đề khoan chân có chân nhỏ như diode zener, mũi 0.8 là trở, 1 là diode chỉnh lưu 3 là khoan lỗ bắt vít Ta bặt mũi khoan vuông góc với board, bấm công tác, cho khoan qua thì... tục dò đường cho Robot Các bit nhớ này chính là các giá trị được lưu lại liên tục trong quá trình di chuyển trước đó của Robot khi nó bị lệch trái (hoặc phải) • Một số hình ảnh minh họa thuật toán dò đường: Hình ảnh Robot ở trạng thái lý tưởng trong quá trình di chuyển a Robot đang bị lệch phải, trường hợp này xử lý bằng cách nạp tốc độ bánh phải lớn tốc độ hơn bánh trái b Robot đang bị lệch trái,... đường * Nguyên lý dò đường: Robot có 8 cảm biến được đặt cách đều nhau để thực hiện dò theo vạch trắng Khi 2 cảm biến ở chính giữa có tín hiệu đã nhận được line, lúc này Robot đang ở trạng thái dò đường lý tưởng, tốc độ của hai động cơ trên lý thuyết sẽ là như nhau, vị trí của Robot hiện tại được xem là vị trí cân bằng Khi có sự lệch hướng trong quá trình di chuyển của Robot (bị lệch về trái hay về... Tăng INC source DEC A DEC source INC DPTR Tăng DPTR MUL AB Nhân A với B DIV AB Chia A bởi B DA A Hiệu chỉnh thập phân thanh ghi A Giảm b Các lệnh logic: ANL A,source ANL A,#data ANL Direct,A ANL Direct,#data ORL A,source ORL A,#data ORL Direct,A ORL Direct,#data XRL A,source XRL A,#data And OR XOR XRL Direct,A XRL Direct,#data CLR A Xoá A CPL A Lấy bù A RL A Quay trái A RLC A ( kể cả cờ nhớ) RR A Quay... trái lớn hơn tốc độ bánh phải Trường hợp Robot lệch hoàn toàn sang một bên: + Lệch phải hoàn toàn: xử lý bằng cách nạp tốc độ bánh trái lớn ( khoảng 200 xung ) còn tốc độ bánh phải bằng 0 + Lệch trái hoàn toàn: xử lý bằng cách nạp tốc độ bánh phải lớn ( khoảng 200 xung ) còn tốc độ bánh trái bằng 0 III.3 PHỤ LỤC (CODING) ;********************** DO AN CHUYEN NGHANH ******************* ;***********************... ra, chân này còn được dùng để đưa vào chế độ lập trình FLASH II.2.4 Định nghĩa các thanh ghi chức năng Do P89V51RD2 có thêm một số thanh ghi chức năng đặc biệt, nếu bạn đang sử dụng các trình biên dịch thông thường, cần phải khai báo các thanh ghi chức năng đó Ví dụ: ;Đoạn code dưới đây để ví dụ cho định nghĩa các thanh ghi chức năng khi dùng ;ASM ;Khởi tạo 200601312020 CCAP0H CCAP1H CCAP2H CCAP3H CCAP4H... thanh ghi chịu tác động: CMOD, CCON, CCAPMn Hình 2.5: Hệ thống các ngắt ở chức năng PCA 1 a Thanh ghi chức năng đặc biệt CMOD: Không thể can thiệp vào từng bit Bit Kí hiệu 7 CIDL Chức năng Điều khiển trạng thái rỗi của Counter PCA CIDL=0 sẽ cho Counter PCA tiếp tục hoạt động bất chấp đang trong trạng thái rỗi CIDL=1 sẽ lập trình cho nó không 6 53 WDTE - hoạt động trong trạng thái rỗi Cho phép Watchdog... đề tài cuộc thi Robot 2008, màu sắc mặt sân nhiều hơn vì vậy cảm biến do đường phải được lựa chọn sao cho có mức phân biệt tốt, nhưng không quá phức tạp.Sơ đồ mạch được lựa chọn là kiều thông dụng do đơn giản nhưng để nâng cao khả năng nhận dạng vạch trắng và phù hợp với việc dùng chung nguồn vi điều khiển +12V, ta sẽ nâng cao điện áp cung cấp cho cảm biến, tăng số led phát ánh sáng trắng 5V R 31 330... Cất vào stack POP direct Lấy ra từ stack XCH A,source XCHD A,@Ri d Các lệnh thao tác trên bit: Trao đổi các byte Trao đổi các digit CLR C xoá bit CLR bit SETB C SETB bit CPL C CPL bit ANL C,bit And bit với C ANL C,/bit And NOT bit với C ORL C,bit Or bit với C ORL C,/bit Or NOT bit với C MOV C,bit Di chuyển bit đến bit MOV bit,C JC rel Nhảy nếu C bằng 1 JNC rel Nhảy nếu C bằng 0 JB bit,rel Nhảy nếu bit . CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT I.1. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA ROBOT TỰ ĐỘNG Robot tự động được thiết có cấu trúc như sau: Hình 1.1: Cấu trúc của Robot tự động Trong. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Tìm hiểu về cấu tạo của robot, vẽ thiết kế mạch dò đường và điều khiển dò đường theo vạch trắng cho robot tự động. Ý NGHĨA KHOA HỌC THỰC TIỄN Trong