PAN-TILT Lời mở đầu Sau 1 khoảng thời gian học tập, tìm hiểu và làm việc nghiêm túc, đồ án đã hoàn thành đúng kỳ hạn. Để có được thành quả này, một mặt là sự cố gắng và kiến thức của bản thân, mặt khác còn là sự chỉ dẫn tận tình của thầy cô, sự giúp đỡ của bạn bè. Xin được gửi lời cảm ơn đến Thầy KS. Lê Tấn Cường, giáo viên hướng dẫn, người đ ã trực tiếp chỉ bảo, giúp đỡ nhóm thực hiện trong suốt thời gian thực hiện đồ án. A. Tổng quan đề tài: Sau 1 khoảng thời gian hơn 2 tháng học tập và làm việc, đề tài đ ã hoàn thành đúng thời hạn. Đề tài đã giải quyết được những vấn đề trọng tâm sau: - Nghiên cứu sử dụng phần mềm MatLab, một trong những phần mềm kỹ thuật mạnh nhất hiện nay. - Nghiên cứu sử dụng công cụ lập trình giao diện GUI trên MatLab. - Nghiên c ứu chuẩn RS232 và giao tiếp máy tính bằng MatLab. - Tìm hiểu họ vi điều khiển AVR - Atmega 32. - Tìm hi ểu cấu trúc hệ Pan-Tilt, thiết kế được 1 hệ Pan-Tilt cơ bản. - Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF04, xác định khoảng cách dùng SRF04. MatLab Programing Hình 01: Sơ đồ khối tổng thể * Quy trình: - Vi điều khiển (VĐK) gởi tín hiệu điều khiển hệ Pan-Tilt ho ạt động (mang cảm biến quay và quét). - Trong quá trình Pan-Tilt quay, c ảm biến SRF04 liên tục phát ra sóng để đo khoảng cách xác định có vật . Khi có vất, SRF04 gởi tín hiệu (giá trị tọa độ tại điểm có vật) về VĐK. - VĐK gởi tọa độ này lên máy tính để thực hiện việc vẽ biên d ạng vật. B. Lý thuyết: I. Cảm biến siêu âm SRF04 (Sonar Range Finder): 1. Giới thiệu SRF04: - Siêu âm Devantech SRF04 được sử dụng để thu các thông tin về khoảng cách một cách chính xác trong dải từ 3cm đến 3m. Sensor này gồm bộ thu phát siêu âm tách biệt, sensor có 4 chân nối trong đó hai chân cho nguồn nuôi, hai chân c òn lại một cho xung tín hiệu vào (Trigger Pulse Input), một cho tín hiệu ra (Echo Pulse Output). Hình 2.1: Mặt top SRF04 Hình 2.2: Mặt bottom SRF04 - SRF04 hoạt động thông qua việc truyền một xung âm thanh có tần số nằm ngoài dải tần số nghe của con người. Xung này truy ền ở tốc độ âm thanh khoảng 0.9ft/giây, dưới dạng một chùm hình nón, âm thanh ph ản xạ trở lại tới đầu thu từ vật thể bất kì trên đường đi của sóng siêu âm. Tín hiệu điện tại đầu thu có dạng các xung với độ kéo dài xung phụ thuộc vào khoảng cách phản xạ kể từ vị trí vật tới đầu thu. Để việc thu phát làm việc hiệu quả, bộ phát tạm ngừng phát sóng trong khoảng thời gian siêu âm được truyền sau đó đợi tín hiệu phản xạ. - Xung ở đầu ra của sensor được đưa tới chân ngắt INT2 của vi điều khiển. Việc xác định thời gian kéo dài xung sẽ giúp cho chúng ta xác định được khoảng cách. 2. Thông số kỹ thuật: + Điện áp sử dụng: 5VDC. + Dòng tiêu thụ: cực đại là: 50mA, thường là 30mA. + Vùng làm vi ệc của sensor: phát hiện khoảng cách từ 3cm tới 3m. + T ần số sử dụng 40Khz. + Xung kích phát 10us mức cao tương thích TTL. + Xung phản xạ mức cao có độ rộng xung tỉ lệ với khoảng cách. + Góc m ở của bộ phát : 30 0 . + Vùng làm việc của sensor: phát hiện khoảng cách từ 3cm tới 3m. 3. Nguyên lý hoạt động: Hình 3: Giản đồ xung thu phát SRF04 - Tín hiệu xung kích phát siêu âm được giữ ở mức thấp (logic 0) và sau đó đưa lên mức cao (logic 1) trong 10us để khởi phát xung siêu âm. Trong đề t ài, chúng em tạo xung trigger từ chân PD.7 của VĐK, nối chân này với chân Trigger Pulse Input của SRF04 để kích nó hoạt động. - Xung siêu âm được tạo ra thông qua sườn xuống của tín hiệu lối vào. Sau khi được kích phát, sóng siêu âm sẽ được phát ra trong 8 chu kì burst. Bộ nhận sẽ giữ khoảng trống trong khoảng thời gian chừng 100us để tránh nhiễu . và sau đó cho tự động tạo xung cạnh lên ở chân Echo (set chân này lên mức cao). Lúc này sẽ có ngắt cạnh lên ở INT2 của VĐK. - Sóng siêu âm từ cảm biến phát ra ngoài môi trường, phản xạ trở lại khi gặp vật cản. Khi có tín hiệu phản xạ về cảm biến thì c ảm biến sẽ đưa chân Echo xuống mức thấp, lúc này tạo ra ngắt canh xuống ở chân INT2. Trường hợp nếu không gặp vật cản nào thì chân Echo s ẽ tự động rớt xuống mức thấp sau 1 khoảng thời gian timeout mặc định là 36ms kể từ lúc có cạnh lên trên chân Echo. - Để xác định được khoảng cách giữa cảm biến và vật, ta tiến hành đo khoảng time từ lúc có xung cạnh l ên tới lúc có xung cạnh xuống trên chân Echo. Cụ thể chúng em dùng ngắt INT2 để xác định thời điểm có xung cạnh l ên/xuống (trên chân Echo) và kết hợp với Timer0 (có ngắt tràn) để đo khoảng time đó. - Kết quả đo tính theo lý thuyết của nhà sản xuất: Khoảng cách (cm) = Thời gian(us)/58 Khoảng cách (inch) = Thời gian(us)/148 3. Sử dụng cảm biến: 3.1. Kết nối phần cứng: Hình 4: Kết nối phần cứng SRF04 với VĐK - Chân số 1 (5V Supply): mắc lên 5V cấp nguồn cho SRF04. - Chân số 2 (Echo Pulse Output): tín hiệu ngõ ra. - Chân s ố 3 (Trigger Pulse Input): chân cấp xung kích SRF04 hoạt động. - Chân số 4 (Do Not Connect): để trống, không kết nối. - Chân số 5 (0V Ground): nối xuống mass. * Từ sơ đồ chân của SRF04, ta kết nối SRF04 và VĐK như hình 4 3.2. Vấn đề gặp phải khi sử dụng cảm biến để quét: AT Mega32 SRF04 5V echo trigger NC GND INT2 PD.7 1 1 2 3 4 5 3 - Vì góc mở của bộ phát tương đối lớn (30 0 ), cho nên chúng em g ặp khó khăn khi quét xác định biên dạng: + Việc quét xác định biên dạng bằng SRF04 thực hiện như sau: SRF04 sẽ quay c ùng hệ Pan-Tilt, trong quá trình quay đó nó sẽ phát sóng đi để thực hiện việc đo khoảng cách, từ đó xác định xem có vật cản hay không (nếu có vật cản thì sẽ gởi tọa độ tại điểm cảm biến đang phát hiện l à có vật đó lên máy tính và thực hiện việc vẽ biên dạng). + Tuy nhiên do góc quét cảm biến lớn nên không thể xác định chính xác tọa độ x, y tại điểm phát hiện có vật, thay vào đó là phát hiện 1 phần của vật nằm trong tầm quét cảm biến. - Hơn nữa góc mở bộ phát lớn nên rất dễ bị nhiễu, khó quét chính xác nếu vật có biên dạng phức tạp. * Khắc phục: - Vì những khó khăn trên, chúng em đã thử tìm cách làm gi ảm góc phát xuống và thấy hiệu quả hơn: bớt bị nhiễu bởi những vật khác xung quanh tầm quét, tầm quay các phía của hệ Pan-Tilt gi ảm đi nhiều, vẽ được biên dạng gần giống hơn so với trường hợp không thay đổi… - Chọn khoảng cách giới hạn tầm quét (xuống khoảng 40cm) để giảm nhiễu do xung quanh gây ra. - Thiết kế những vật mẫu có hình dạng cơ bản cho cảm biến quét: hình chữ nhật, hình tròn, nón cụt. . hiện đồ án. A. Tổng quan đề tài: Sau 1 khoảng thời gian hơn 2 tháng học tập và làm việc, đề tài đ ã hoàn thành đúng thời hạn. Đề tài đã giải quyết được những. thiết kế được 1 hệ Pan-Tilt cơ bản. - Tìm hiểu cảm biến siêu âm SRF04, xác định khoảng cách dùng SRF04. MatLab Programing Hình 01: Sơ đồ khối tổng thể *