BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ****** BÁO CÁO ĐỒ ÁN MƠN HỌC NGÀNH TỰ ĐỘNG HĨA Lớp: DD10TD02 Đề tài: ĐIỀU KHIỂN XE ROBOT Giáo viên hướng dẫn: Lương Văn Lăng Sinh viên: Thái Xuân Thiện 41003180 Hồ Chí Minh 6/2014 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………… Tp Hồ Chí Minh ,ngày …… tháng ……… năm 2014 Giáo viên hướng dẫn Tiến sĩ Lương Văn Lăng BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Lương Văn Lăng, dù bận rộn thầy ln quan tâm tận tình hướng dẫn cho chúng em suốt trình thực đồ án này, thầy gợi mở cho em đến với đề tài Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô khoa Điện-Điện tử tận tình giảng dạy, trang bị cho em kiến thức quý báu suốt trình học tập thực đề tài Tp Hồ Chí Minh ,ngày tháng năm 2014 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC MỤC LỤC Lời cảm ơn Mục lục Phần I: MỞ ĐẦU I.1 Giới thiệu đề tài I.2 Mục đích chọn đề tài I.3 Sơ lược bước thực Phần II: GIỚI THIỆU VI XỬ LÍ VÀ THÀNH PHẦN CỦA MẠCH…………………………7 II.1 Sơ lược STM32F4xx………………………………………………………………………………7 II.1.1 Đặc trưng STM32F4xx……………………………………………………………8 II.1.2 Memory map……………………………………………………………………………….10 II.1.3 Pinouts……………………………………………………………………………………….12 II.1.4 Power control…………………………………………………………………………… 13 II.1.5 Reset and clock control……………………………………………………………… 14 II.1.6 General purpose IOs (GPIO)……………………………………………………… 15 II.2 Những modul STM32F4xx sử dụng toán …………………… 16 II.2.1 TIM2, TIM3, TIM4, TIM5……………………………………………………………… 16 II.2.2 ADC…………………………………………………………………………………………… 17 II.3 Những modul điều khiển………………………………………………………………………… 18 II.3.1 Mạch cầu H dùng L298……………………………………………………………… 18 II.3.2 Mạch ổn áp 5V 3,3V………………………………………………………………… 21 II.3.3 Mạch chốt tín hiệu để giao tiếp với vi điều khiển STM32F4xx………… 22 II.3.4 Mạch xác định line dùng photodiode…………………………………………… 24 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC II.3.5 Module cảm biến siêu âm đo khoảng cách HC-SR04:……………………… 25 II.3.5 Tích hợp module lên chung mạch để gắn trực tiếp kit STM32F4:………………………………………………………………………… 27 Phần III: GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN……………………………… 28 III.1 Giải thuật………………………………………………………………………………………………… 28 III.1.1 Giải thuật tính góc hướng rẽ…………………………………………………… 28 III.1.2 Giải thuật PID điều khiển tốc độ động xe……………………………… 29 III.1.3 Giải thuật điều khiển xe tránh vật cản:………………………………………… 35 III.2 Chương trình điều khiển………………………………………………………………………… 36 Phần IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN……………………………………………… 41 Phần V: TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………………… 42 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC Phần I: Mở đầu I.1 Giới thiệu đề tài: Ngày nay, robotic đạt thành tựu to lớn sản xuất công nghiệp đời sống Sản xuất robot nghành công nghiệp trị giá hàng tỉ USD ngày phát triển mạnh, họ robot không nhắc tới mobile robot với đặc thù riêng mà loại robot khác khơng có Mobile robot di chuyển cách linh hoạt, tạo nên không gian hoạt động lớn dần khẳng định vai trò quan trọng thiếu nhiều lĩnh vực, thu hút nhiều đầu tư nghiên cứu Mobile robot chia làm nhiều loại: robot học đường đi, robot dò đường line, robot tránh vật cản, robot tìm đường cho mê cung,…trong số robot dò đường line, tránh vật cản dễ dàng ứng dụng nhiều sống Việc phát triển loại robot phục vụ đắc lực cho người I.2 Mục đích chọn đề tài: Robot dò line tránh vật cản vừa có nhiều ứng dụng thực tế vừa dễ dàng để sinh viên vận dụng kiến thức tiếp thu giảng đường vào Với kết cấu khí đơn giản lại kết hợp với nhiều thành phần điện tử (encoder, sensor xác định đường line, sensor đo khoảng cách…) nên Robot phù hợp để sinh viên học tập nghiên cứu thêm ngành Tự động hóa cách cụ thể I.3 Sơ lược bước thực hiện: Trước tiên ta phải chế tạo khung xe robot Khung xe phải đảm bảo bền đạt độ xác định việc bố trí bánh xe động Sau có xong mơ hình việc chọn vi xử lí, khối óc mobile robot, mạch điện tử cần thiết cho việc điều khiển xe Và cuối cơng đoạn lập trình dựa kiến thức học BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC Phần II: GIỚI THIỆU VI XỬ LÍ VÀ THÀNH PHẦN CỦA MẠCH II.1 Sơ lược STM32F4xx: STM32 chip ST, dựa lõi ARM Cortex-M Dòng ARM Cortex™-M hệ mới, thiết lập tiêu chuẩn hiệu suất, chi phí, ứng dụng cho thiết bị cần tiêu thụ lượng thấp, đáp ứng yêu cầu thời gian thực khắc khe  Ưu điểm STM32F4xx : - Tiêu thụ điện thấp so với vi điều khiển khác - Hiệu suất cao - Dễ dàng tiếp cận xử lý - Mức giá phù hợp cho sinh viên ( kit STM32F4 discovery tầm 15$) BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC II.1.1 Đặc trưng STM32F4xx: - 1MB Flash, 192KB SRAM ARM 32-bit Cortex™-M4F CPU với FPU, tần số đến 168 MHz Hỗ trợ USB 2.0 tốc độ cao Ethernet LAN 10/100Mb x ADC 12-bit, ho trơ tơi 24 channel ADC x DAC 12-bit DMA : ho trơ 16 kenh DMA vơi FIFOs Ho trơ tơi 15 chuan giao tiep      bo I2C (SM US PM US) USART SPIS (37.5 Mbit/S) CAN interfaces SDIO interface BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC Sơ đồ phần cứng: BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC II.1.2 Memory map: Memory map: 10 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC Phần III: GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN III.1 Giải thuật: III.1.1 Giải thuật tính góc hướng rẽ: Cần dò đường đưa phía trước, gồm có cặp photodiode nằm song song với Khi hoạt động ánh sáng từ led chiếu xuống đường gặp đường line màu trắng ánh sáng phản chiếu trở lại quang trở tương ứng, lúc tín hiệu truyền chân tương ứng vi điều khiển mức Nếu ánh sáng từ led chiếu xuống gặp đen đường line ánh sáng bị hấp thụ hết, lúc tín hiệu từ sensor báo vi điều khiển mức Do có cặp led nên có trường hợp sau: Trong trường hợp, ta tiếp tục chia thành trường hợp nhỏ hơn, trạng thái trước (TTTĐ) rơi vào trường hợp nào?(bằng, lớn hay nhỏ hơn) Với trường hợp ta đặt giá trị tốc độ quay cho động khác Ví dụ:  Trạng thái TH4 (TTHT=4): - Nếu TTTĐ=4 ta giữ nguyên tốc độ động (hoặc tăng giảm lượng nhau)để đảm bảo xe chạy thẳng 28 BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC Nếu TTTĐ4, xe có xu hướng rẽ sang phải mong muốn thẳng nên ta cần rẻ trái (tăng lượng nhỏ tốc độ động bên phải giảm lượng nhỏ tốc độ động bên trái)  Trạng thái TH2(TTHT=2): - Nếu TTTĐ=2, xe thẳng mong muốn rẽ trái nên ta cần phải tăng tốc độ động bên phải giảm tốc độ động bên trái lượng b - Nếu TTTĐ2, xe có xu hướng rẽ phải mong muốn rẽ trái nên ta cần tăng phải giảm trái lượng c - a