THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO Sự phát triển khoa học kỹ thuật ngày nhanh tạo nhiểu sản phẩm phục vụ nhu cầu người lĩnh vực Các công nghệ thu hút quan tâm, ý nhiều người.Đặc biệt công nghệ chế tạo robot Robot di động(Mobile Robot) thành phần có vai trị quan trọng trọng ngành robot học Cùng với phát triển mạnh mẽ hệ thống tự động hóa, robot di động ngày hoàn thiện cho thấy lợi ích cơng nghiệp sinh hoạt Một vấn đề quan tâm nghiên cứu robot di động làm để robot biết vị trí đứng di chuyển tới vị trí xác định, đồng thời tự động tránh chướng ngại vật đường Với suy nghĩ ứng dụng kiến thức học trường tìm hiểu thêm bên ngoài, chúng em định chọn đề tài :”THIẾT KẾ ROBOT DÒ ĐƯỜNG” Do điều kiện hạn chế mặt thời gian kinh nghiệm nên chương trình cịn có nhiều sai sót,rất mong dược đóng góp ý kiến thầy bạn Trong trình thực đồ án, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy NGUYỄN VĂN HÀO giáo viên hướng dẫn, thầy cô Khoa Kỹ Thuật Cơng Nghệ, bạn ngồi lớp trao đổi, góp ý, giúp đỡ chúng em hồn thành đồ án môn học Chúng em xin chân thành cảm ơn LỚP ĐTVT-K31 NHÓM Page THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO CHƯƠNG GIỚI THIỆU Thật ra, robot dò đường biến thể đặc biệt robot hướng sáng Sở dĩ nói chúng có nguyên tắc hoạt động sử dụng cảm biến quang điện ( quang trở diode hồng ngoại) để so sánh cường độ sáng từ điều chỉnh hướng thích hợp Tuy nhiên, robot dị đường, cảm biến bố trí gần mặt đường nguồn sáng để so sánh lúc robot tạo Nhưng đâu lại có sai lệch cường độ sáng Câu trả lời nằm đường vẽ, đường vẽ có tính chất khác với xung quanh, thường có màu đen để hấp thụ ánh sáng Khi robot lệch vào vùng có vạch vẽ, ánh sáng phát từ robot khơng phản xạ lại bình thường mà bị đường kẻ hấp thụ phần làm sai lệch độ sáng cảm biến Việc lại thiết kế cho robot có hành vi khắc phục sai lệch ta có loại robot theo đường vẽ LỚP ĐTVT-K31 NHÓM Page THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO CHƯƠNG II GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH 2.1Các linh kiện sử dụng mạch  khuếch đại thuật toán LM741  BJT loại NPN C1815  quang trở  led siêu sáng (trắng,đỏ)  điện trở 10k  Mô tơ, loại cỡ 5V  Nguồn sử dụng 9V 4.5V (ở dùng nguồn 9V)  điện trở hạn dòng cho led phát 1k 2.2-Nguyên lý hoạt động loại linh kiện 2.2.1Vi mạch khuyêch đại thuật toán LM741: Vi mạch khuyếch đại thuật tốn 741 có hai đầu vào inverting (Đảo), noninverting (thuận) đầu chân Khuyếch đại đảo: Chân nối với tín hiệu vào tín hiệu đảo Khuyếch đại khơng đảo: Chân nối với tín hiệu vào tín hiệu khơng đảo LỚP ĐTVT-K31 NHĨM Page THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO Để 741 hoạt động được, cần phải lắp thêm điện trở R1, R2 vào mạch sơ đồ hình Tính hệ số khuyếch đại mạch dùng vi mạch 741 Khuyếch đại đảo: Hệ số khuyếch đại (AV) = -R2 / R1 Ví dụ: Nếu R2 = 100 Kohm, R1 = 10 kohm, hệ số khuyếch đại mạch: -100 / 10 = -10 (AV) Nếu điện áp đầu vào 0.5v điện áp đầu 0.5v X -10 = -5v Khuyếch đại không đảo : Hệ số khuyếch đại(AV) = 1+(R2 / R1) Ví dụ: Nếu R2 = 1000 kohm, R1 = 100 kohm, hệ số khuyếch đại mạch: 1+ (1000/100) = + 10 Hệ số khuyếch đại (AV) = 11 Nếu tín hiệu đầu vào 0.5V tín hiệu đầu 0.5 X 11 = 5.5v LỚP ĐTVT-K31 NHÓM Page THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO 2.3 – NPN C1815: 2.3.1Cấu tạo Transistor ( Bóng bán dẫn ): Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp P-N , ghép theo thứ tự PNP ta Transistor thuận , ghép theo thứ tự NPN ta Transistor ngược phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều Cấu tạo Transistor • • Ba lớp bán dẫn nối thành ba cực , lớp gọi cực gốc ký hiệu B ( Base ), lớp bán dẫn B mỏng có nồng độ tạp chất thấp Hai lớp bán dẫn bên nối thành cực phát ( Emitter )viết tắt E, cực thu hay cực góp ( Collector ) viết tắt C, vùng bán dẫn E C có loại bán dẫn (loại N hay P ) có kích thước nồng độ tạp chất khác nên khơng hốn vị chonhau 2.3.2- Ngun tắc hoạt động Transistor Xét hoạt động Transistor NPN : LỚP ĐTVT-K31 NHÓM Page THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO Mạch khảo sát nguyên tắc hoạt động transistor NPN • • • • • • Ta cấp nguồn chiều UCE vào hai cực C E (+) nguồn vào cực C (-) nguồn vào cực E Cấp nguồn chiều UBE qua công tắc trở hạn dòng vào hai cực B E , cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E Khi công tắc mở , ta thấy rằng, hai cực C E cấp điện khơng có dịng điện chạy qua mối C E ( lúc dòng IC = ) Khi cơng tắc đóng, mối P-N phân cực thuận có dịng điện chạy từ (+) nguồn UBE qua cơng tắc => qua R hạn dịng => qua mối BE cực (-) tạo thành dòng IB Ngay dịng IB xuất => có dịng IC chạy qua mối CE làm bóng đèn phát sáng, dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB Như rõ ràng dịng IC hồn tồn phụ thuộc vào dịng IB phụ thuộc theo cơng thức IC = β.IB - Trong IC dịng chạy qua mối CE - IB dòng chạy qua mối BE - β hệ số khuyếch đại Transistor Giải thích : Khi có điện áp UCE điện tử lỗ trống vượt qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, xuất dòng IBEdo lớp bán dẫn P cực B mỏng nồng độ pha tạp thấp, số điện tử tự từ lớp LỚP ĐTVT-K31 NHÓM Page THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO bán dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn số lượng lỗ trống nhiều, phần nhỏ số điện tử vào lỗ trống tạo thành dòng IB phần lớn số điện tử bị hút phía cực C tác dụng điện áp UCE => tạo thành dòng ICEchạy qua Transistor Xét hoạt động Transistor PNP : Sự hoạt động Transistor PNP hoàn toàn tương tự Transistor NPN cực tính nguồn điện UCE UBE ngược lại Dòng IC từ E sang C dòng IB từ E sang B 2.3.3 – Ký hiệu hình dạng Transistor Ký hiệu Transistor Transistor công xuất nhỏ Transistor công xuất lớn Ký hiệu ( thân Transistor ): Hiện thị trường có nhiều loại Transistor nhiều nước sản xuất thông dụng transistor Nhật bản, Mỹ Trung quốc • Transistor Nhật : thường ký hiệu A…, B…, C…, D… Ví dụ A564, B733, C828, D1555 Transistor ký hiệu A B Transistor thuận PNP ký hiệu C D Transistor ngược NPN Các Transistor A C thường có cơng xuất nhỏ tần số làm việc cao Transistor B D thường có cơng xuất lớn tần số làm việc thấp • Transistor Mỹ sản xuất thường ký hiệu 2N… ví dụ 2N3055, 2N4073 vv… LỚP ĐTVT-K31 NHÓM Page THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO Transistor Trung quốc sản xuất : Bắt đầu số 3, hai chũ Chữ thức cho biết loại bóng : Chữ A B bóng thuận , chữ C D bòng ngược, chữ thứ hai cho biết đặc điểm : X P bòng âm tần, A G bóng cao tần Các chữ số sau thứ tự sản phẩm Thí dụ : 3CP25 , 3AP20 vv • 2.3.4- Cách xác định chân E, B, C Transistor: • Với loại Transistor cơng xuất nhỏ thứ tự chân C B tuỳ theo bóng nước sản xuất , nhựng chân E bên trái ta để Transistor hình • Nếu Transistor Nhật sản xuất : thí dụ Transistor C828, A564 chân C , chân B bên phải • Nếu Transistor Trung quốc sản xuất chân B , chân C bên phải • Tuy nhiên số Transistor sản xuất nhái khơng theo thứ tự => để biết xác ta dùng phương pháp đo đồng hồ vạn C1815 transistor ,nó có cực Đây sơ đồ chân nó.Đầu tiên chân E,chân chân C,chân chân B LỚP ĐTVT-K31 NHÓM Page THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO 2.4 Quang trở: Thông thường, điện trở quang trở khoảng 1000 000 ohms Khi chiếu ánh sáng vào, điện trở giảm xuống thấp Người ta ứng dụng đặc tính quang trở để làm mạch phát sáng/tối Hình ảnh bên mơ q trình cho dịng điện qua quang trở LỚP ĐTVT-K31 NHĨM Page THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO Mạch phát sáng tối dùng quang trở Khi ánh sáng yếu, trở kháng quang trở cao Dòng cực B transistor bé, đèn tắt Tuy nhiên, ánh sáng mạnh, dòng chạy qua quang trở đến cực B transistor thứ transistor thứ làm đèn sáng Biến trở bên tạo thành cầu chia áp để chỉnh độ nhạy quang trở 2.5-Điện trở : Điện trở linh kiện thụ động có tác dụng cản trở dịng áp.Điện trở đựơc sử dụng nhiều mạch điện tử LỚP ĐTVT-K31 NHÓM Page 10 THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO Điện trở dây dẫn có trị số điện trở lớn hay nhỏ tùy thuộc vào vật liệu làm dây, tỉ lệ thuận với chiều dài tỉ lệ nghịch với tiết diện dây dẫn Công thức tính: R =ρℓ/S R=U/I Trong : ρ: điện trở suất vật liệu, Ωm hay Ωmm2/m S: tiết diện dây, m2 hay mm2 ℓ : chiều dài dây (m) R : điện trở, Ohm (Ω) Điện trở có đơn vị tính Ohm, viết tắt Ω 2.6- Led đơn : Led đơn dạng Diode Thơng thường dịng điện qua vật dẫn điện sinh lượng dạng nhiệt Ở số chất bán dẫn đặc biệt (GaAs) có dịng điện qua có tượng xạ quang (phát ánh sáng) Tùy theo chất bán dẫn mà ánh sáng phát có màu khác Led có điện áp phân cực thuận cao diode nắn điện điện áp phân cực ngược cực đại thường khơng cao LỚP ĐTVT-K31 NHĨM Page 11 THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO Hình vẽ cho thấy Led cấu tạo từ mối nối bán dẫn PN, chất bán dẫn Silicon cho pha Indium (có nối hóa trị, gắn vào mạng Silicon cần nối, có nối thiếu điện tử cho lỗ trống) có chân bán dẫn loại P cho pha với Phosphor (có nối hóa trị, gắn vào mạng Silicon cần nối, dư hạt điện tử), có chân bán dẫn loại N Chất dẫn loại P tạo điều kiện dẫn điện lỗ trống (Hole), nối hóa trị thiếu điện tử Cịn chất bán dẫn loại N có điểu kiện dẫn điện điện tử tự (điện tử dư phosphor có điện tử hóa trị mà kết nối tinh thể cần có ) Khi mối nối PN cho phân cực thuận với nguồn pin ngồi, dịng điện kích thích chảy qua mối nối bán dẫn PN tạo dao động điện tử (Bạn xem hình) dao động phát sóng điện từ trường tia sáng Tóm lại Led có chân, gọi chân âm cực hay Cathode ( chân cho nối vào cực âm pin) chân dương cực hay Anode (do chân cho nối vào cực dương pin), cho dịng điện chảy qua Led phát chùm tia sáng, để có điềm sáng đủ mạch, dùng vật liệu nhựa suốt làm kính hội tụ (Bạn xem hình cấu tạo Led) Phân cực thuận : VD = 1,4V – 1,8 V(led đỏ) VD = 2V – 2,5V (led vàng) LỚP ĐTVT-K31 NHÓM Page 12 THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO VD= 2V – 2,8 V(led xanh lá) ID= 5mA – 20mA (thường chọn 10mA) Led thường dùng mạch trạng thái báo hiệu, thị trạng thái mạch báo nguồn, trạng thái thuận hay ngược… CHƯƠNG III THI CƠNG MẠCH LỚP ĐTVT-K31 NHĨM Page 13 THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO + Phần mach :ta tách riêng thành phần:phần cảm biến phần mạch 3.1.Bộ phận cảm biến: Sử dụng quang trở,2 led phát,2 trở hạn dòng cho led phát.Mắc theo sơ đồ sau: -Ảnh thực tế LỚP ĐTVT-K31 NHÓM Page 14 THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO Đặt quang trở cách khoảng 3.5cm-4cm,dùng băng keo đen quấn quanh quang trở để chống nhiễu -Ngun lý hoạt động: Khi có ánh sáng điện trở quang trở giảm ngược lại, điện trở thay đổi cỡ từ 5k (khi có ánh sáng) đến 100k (khơng có ánh sáng), ta sử dụng led phát làm nguồn sáng cho =>khi gặp trắng, Ánh sáng phản xạ lên quang trở làm điện trở giảm xuống gặp vạch đen (băng keo đen) ánh sáng khó phản xạ nên quang trở nhận ánh sáng =>trở tăng Từ dựa vào quang trở, robot phân biệt vạch đen trắng (dưới hỗ trợ opamp so sánh) LỚP ĐTVT-K31 NHÓM Page 15 THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO 3.2.Bộ phận điều khiển moto Sử dụng trở 10k, Opamp, nguồn 9V, BJT.Mắc hình vẽ: DTVT_K31 ĐH QUY NHƠN LỚP ĐTVT-K31 NHĨM Page 16 THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO Ảnh thực tế LỚP ĐTVT-K31 NHÓM Page 17 THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO Và mạch hoàn chỉnh DTVT_K31 ĐH QUY NHƠN + Phần : Chuẩn bị moto thêm phận giảm tốc,bộ phận giúp robot dễ cày chạy chậm hơn.chạy chậm hơn.Chạy chậm giúp robot dễ nhận vạch cảm biến thay đổi chậm.Hai motơ gắn với hai bánh sau,phía trước gắn hai bánh xe thay đổi hướng LỚP ĐTVT-K31 NHÓM Page 18 THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO + Phần đường Dùng tờ giấy roki ,lấy keo đen dán lên tạo thành vạch để robot dò đường theo ý người làm LỚP ĐTVT-K31 NHÓM Page 19 THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO 3.3.Nguyên lý hoạt động toàn mạch: - Khi cảm biến nhận trắng: Điện trở quang trở giảm xuống chừng 5k => cổng Opamp có áp cao cổng => Cổng mức dương => kích BJT dẫn => moto quay >Cả moto quay, robot chạy thẳng - Khi cảm biến bên trái nhận vạch đen (robot lệch phải) Điện trở quang trở tăng lên cỡ 50-80k => áp cổng bé 4.5V (áp cổng 2) => cổng 0V => BJT ngưng dẫn => mô tơ (bên trái) ngừng quay Trong moto bên phải quay cảm biến phải nhận trắng >Moto trái ngừng, moto phải quay => robot rẽ sang trái - Tương tự cảm biến phải nhận vạch đen (robot lệnh trái) >Moto phải ngừng, moto trái quay => robot rẽ phải Như vậy, robot bám (lần, mò ) vạch đen trắng CHƯƠNG IV TÀI LIỆU THAM KHẢO Kỹ thuật mạch điện tử - Phạm Minh Hà www.alldatasheet.com http://www.dientuvietnam.net/ http://hoiquandientu.com LỚP ĐTVT-K31 NHÓM Page 20 THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO CHƯƠNG .2 GIỚI THIỆU CHƯƠNG II GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH 2.1Các linh kiện sử dụng mạch 2.2-Nguyên lý hoạt động loại linh kiện CHƯƠNG III 13 THI CÔNG MẠCH 13 3.2.Bộ phận điều khiển moto 16 3.3.Nguyên lý hoạt động toàn mạch .20 LỚP ĐTVT-K31 NHÓM Page 21 ... Page 18 THIẾT KẾ MẠCH ANALOG GVHD: THS.NGUYỄN VĂN HÀO + Phần đường Dùng tờ giấy roki ,lấy keo đen dán lên tạo thành vạch để robot dò đường theo ý người làm LỚP ĐTVT-K31 NHÓM Page 19 THIẾT KẾ MẠCH... thích hợp Tuy nhiên, robot dị đường, cảm biến bố trí gần mặt đường nguồn sáng để so sánh lúc robot tạo Nhưng đâu lại có sai lệch cường độ sáng Câu trả lời nằm đường vẽ, đường vẽ có tính chất... ánh sáng Khi robot lệch vào vùng có vạch vẽ, ánh sáng phát từ robot khơng phản xạ lại bình thường mà bị đường kẻ hấp thụ phần làm sai lệch độ sáng cảm biến Việc lại thiết kế cho robot có hành