Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/Robot mê cung. T20-2006 Thực hiện: KS. Lê Tấn Cường Trang: 1 Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ #" I. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU. Nhu cầu học tập môn thí nghiệm vi xử lý của sinh viên ngành cơ điện tử: khác với sinh viên ngành điện tử và điện tử viễn thông, sinh viên ngành cơ điện tử khi học môn thí nghiệm vi xử lý cần mô hình học tập sinh động và có xu hướng liên quan đến lĩnh vực lập trình điều khiển phù hợp với chuyên ngành học của mình. Việc chế tạo mô hình dạy học phù hợp vớ i sinh viên là vấn đề cấp bách mà cán bộ giảng dạy môn thí nghiệm cần quan tâm. Robot luôn là đối tượng hấp dẫn, việc học lập trình thì nghiệm vi xử lý trên mô hình Robot sẽ làm cho người học cảm thấy thích thú hơn. Chọn một mô hình robot phù hợp với môn học thí nghiệm là vấn đề cần phải quan tâm. Linh kiện trên mô hình Robot phải có ở thị trường Việt Nam, nhằm đảm bảo thuận lợi khi gia công chế tạo và giảm giá thành chi phí sản xuất. II. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC. Mazing robot được lấy ý tưởng từ 2 sản phẩm Robot Micromouse và Robot Ariat2. Robot Micromouse được công ty Alpha Innovations Pte, Singapore sản xuất như là một sản phẩm giành cho giáo dục. Robot Micromouse được công ty tài trợ sử dụng trong cuộc thi Robo Grand Prix tổ chức mỗi năm một lần cho học sinh trung học ở Singapore. Lần thứ nhất vào tháng 12 năm 2002 với 35 đội từ 30 trường trung học trong Singapore. CLB KHOA HOC TRE_SPKT CLB KHOA HOC TRE_SPKT www.kht.com.vn Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/Robot mê cung. T20-2006 Thực hiện: KS. Lê Tấn Cường Trang: 2 Hình 1 : cuộc thi Micromouse năm 2003 tại Singapore. Trên nền robot Micromouse thì nó với các module sensor khác nhau, nó có những họat động khác nhau: dò line (line tracer), chạy dò đường trong mê cung, vẽ hình trên giấy…. CLB KHOA HOC TRE_SPKT CLB KHOA HOC TRE_SPKT www.kht.com.vn Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/Robot mê cung. T20-2006 Thực hiện: KS. Lê Tấn Cường Trang: 3 Hình 2 : Robot Micromouse thực hiện thao tác vẽ hình. Hình 3 : Robot Micromouse chạy trong mê cung. CLB KHOA HOC TRE_SPKT CLB KHOA HOC TRE_SPKT www.kht.com.vn Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/Robot mê cung. T20-2006 Thực hiện: KS. Lê Tấn Cường Trang: 4 Robot Ariat2 : cũng là sản phẩm giành cho giáo dục do Hàn Quốc sàn xuất. Nó có hình dáng như sau: Hình 4 : Robot Ariat2. Mổi sản phẩm đều có ưu và khuyết điểm riêng, có những linh kiện ở nước ta không có. Trong nước thì sản phẩm trí tuệ giành cho giáo dục ở nước ta còn hạn chế, việc nghiên cứu dựa trên ý tưởng sản phẩm có sẳn từ đó nâng cấp thiết kế sao cho phù hợp với thị trường linh kiện ở nước ta là vấn đề cần phải được quan tâm và phát triể n. CLB KHOA HOC TRE_SPKT CLB KHOA HOC TRE_SPKT www.kht.com.vn Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/Robot mê cung. T20-2006 Thực hiện: KS. Lê Tấn Cường Trang: 5 Phần 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ #" I. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI. Thiết kế mô hình học tập môn thí nghiệm vi xử lý phù hợp với chuyên ngành đào tạo sinh viên ngành cơ điện tử. Học tập trên Robot mê cung sẽ khơi dậy niềm đam mê và khả năng tư duy sáng tạo trong học tập. Nếu Robot Mazing hoạt động tốt, có triển khai tổ chức các cuộc thi robot cho sinh viên như cuộc thi robot Micromouse ở Singapore. Trên phần cứng robot Mazing, sinh viên có thể xây dựng và phát triển các thuật toán như: Fuzzy logic, PID,….trong tìm đường đi, và ứng dụng làm đề tài tốt nghiệp. II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Mạng Internet: Sử dụng mạng Internet trong quá trình tìm kiếm các thông tin co liên quan đến đề tài, các cơ cấu cơ khí, các board điều khiển, ngôn ngữ lập trình Kham khảo tài liệu : các tài liệu có liên quan đến đề tài. III. NỘI DUNG. 1. Thiết kế bộ điều khiển robot. 1.1 Yêu cầu thiết kế: cần đảm bảo các yêu cầu sau: Linh kiện phù hợp với thị trường Việt Nam Mạch dễ nâng cấp và phát triển, có khả năng gắn các module sensor khác nhau nhằm làm cho robot Mazing có thêm nhiều chức năng khác. Mạch nhỏ gọn, đảm bảo chất lượng và giá thành. CLB KHOA HOC TRE_SPKT CLB KHOA HOC TRE_SPKT www.kht.com.vn Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/Robot mê cung. T20-2006 Thực hiện: KS. Lê Tấn Cường Trang: 6 1.2 Phương án lựa chọn. a. Sơ đồ khối. Hình 5 : Sơ đồ khối board điều khiển b. Phương án lựa chọn khi thiết kế. Cảm biến : sử dụng loại cảm biến quang phản xạ hồng ngoại. Thiết bị hiển thị: là giao diện dùng để hiển thị các thơng số như: thơng số cảm biến, tốc độ di chuyển…., sử dụng 1 LCD 16x2 làm thiết bị hiển thị. Vi mạch điều khiển cơng suất động cơ: sử dụng vi mạch tích hợp SLA7026 Allegro điều khiển lái dòng cao theo phương pháp điều chế độ rộng xung PWM. Bộ sử lý trung tâm : sử dung vi điều khiển ATMEGA 8535 điều khiển mọi hoạt động robot, lập trình theo chuẩn ISP (In-System Programmable ) rất phù hợp với xu hướng hiện nay. Từ sơ đồ khối trên ta nhận thấy: để robot dễ dàng trong việc điều khiển, thay thế và lắp ráp. Bộ điều khiển Mazing robot được thiết kế gồm 3 board mạch chính: ¾ Board cảm biến. ¾ Board điều khiển cơng suất. ¾ Board xử lý trung tâm. Cảm biến Phát từng cặp Bộ xử lý trung tâm Thiết bò hiển thò LCD Các led hiển thò trạng thái Vi mạch điều khiển công suất đo ä n g c ơ Động cơ bước Chọn kênh CLB KHOA HOC TRE_SPKT CLB KHOA HOC TRE_SPKT www.kht.com.vn Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/Robot mê cung. T20-2006 Thực hiện: KS. Lê Tấn Cường Trang: 7 1.3 Thiết kế các board điều khiển. 1.3.1 Board cảm biến: có chức năng là thát tín hiệu và thu tín hiệu phản xạ đưa về board xử lý trung tâm. Nó có nhiệm vụ phát hiện vật cản. Bộ phận phát hồng ngoại: sử dụng led phát hồng ngoại EL-1KL3, thực chất là một điốt phát ra ánh sáng hồng ngoại (Infrared Emitting Diodes).  Đặc điểm: - Góc phát hẹp, nên có thể phát xa. - Bền, các chân của nó có độ dẻo cao nên khó bò gãy hay đứt. - Có độ tin cậy cao trong các môi trường hoạt động phù hợp. - Có 2 chân.  Ứng dụng: - Đo khoảng cách. - Dùng làm công tắc chuyển mạch theo ánh sáng. - Dùng để xác đònh ánh sáng.  Cấu tạo: đơn vò đo là mm Hình 6: Cấu tạo của EL-1KL3. CLB KHOA HOC TRE_SPKT CLB KHOA HOC TRE_SPKT www.kht.com.vn Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/Robot mê cung. T20-2006 Thực hiện: KS. Lê Tấn Cường Trang: 8  Thông số kỹ thuật. Bảng 1: Đặc điểm quang điện của EL-1KL3. Bộ phận thu hồng ngoại: sử dụng led thu hồng ngoại ST-1KL3B thực chất là một trazito quang (Photo Trazito).  Đặc điểm: - Đáp ứng với góc thu hẹp. - Bền, các chân dẻo nên khó bò gãy và đứt. - Có độ tin cậy cao trong các môi trường hoạt động phù hợp.  Ứng dụng: - Đo khoảng cacùh. - Dùng làm công tắc chuyển mạch theo ánh sáng. - Dùng để xác đònh ánh sáng.  Cấu tạo: đơn vò đo là mm Hình 7: Cấu tạo của ST-1KL3B. CLB KHOA HOC TRE_SPKT CLB KHOA HOC TRE_SPKT www.kht.com.vn Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/Robot mê cung. T20-2006 Thực hiện: KS. Lê Tấn Cường Trang: 9  Thông số kỹ thuật. Bảng 2: Đặc điểm quang điện của ST-1KL3B. Sơ đồ nguyên lý mạch thu-phát. Hình 6: Sơ đồ nguyên lý của mạch thu-phát cảm biến. Sơ đồ bố trí linh kiện. Hình 7: Sơ đồ bố trí linh kiện của mạch thu-phát hồng ngoại. CLB KHOA HOC TRE_SPKT CLB KHOA HOC TRE_SPKT www.kht.com.vn Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/Robot mê cung. T20-2006 Thực hiện: KS. Lê Tấn Cường Trang: 10 Hình dáng board cảm biến đã hồn tất. Hình 8 : board cảm biến. 1.3.2 Board điều khiển cơng suất: Các động cơ bước sử dụng trong robot là các động cơ của hãng SANYO DENKI, có hình dáng như sau: Hình 9 : motor bước. Thông số kỹ thuật: - Góc quay : 0 1.8 - Khối lượng : 0.2kg - Điện trở : 3.15( / phase) Ω - Momen giữ : 0.147(N.m) - Điện áp : 1A CLB KHOA HOC TRE_SPKT CLB KHOA HOC TRE_SPKT www.kht.com.vn [...]... Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/ Robot mê cung T20-2006 Phần 3 : KẾT LUẬN KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu và thi cơng phần cứng đến nay mơ hình mazing robot đã hồn thành đúng như các u cầu thiết kế đã đề ra Mơ hình sản phẩm đã hồn thành: ht c CL B K H O w w A w k H om O v C n TR E_ SP K T I II ĐỀ NGHỊ Thiết kế thêm module dò line nhằm tăng khả năng hoạt động của robot Thiết kế phần mềm hỗ trợ... kiện: Hình 42: Sơ đồ bố trí linh kiện của mạch điều khiển Hình dáng board điều khiển đã hồn tất Thiết kế phần nguồn cho robot: trong đề tài này ta sử dụng 3 nguồn: + Nguồn 20V cung cấp cho động cơ bước Thực hiện: KS Lê Tấn Cường Trang: 21 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/ Robot mê cung T20-2006 V0 − Vi = 20 − 5 = 15V > 13V H om O v C n TR E_ SP K T + Nguồn 12V cung cấp cho các cảm biến + Nguồn... trợ nhằm giúp thay đổi các thơng số như: tốc độ động cơ, tín hiệu sensor…, giúp thao tác dễ dàng Từ mơ hình robot hồn chỉnh, triển khai các cuộc thi lập trình điều khiển robot trong sinh viên Thực hiện: KS Lê Tấn Cường Trang: 25 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/ Robot mê cung T20-2006 TÀI LIỆU KHAM KHẢO ht c CL B K H O w w A w k H om O v C n TR E_ SP K T [1] Tống Văn On – Hồng Đức Hải, 2001... thiết kế chế tạo Mazing Robot/ Robot mê cung T20-2006 H om O v C n TR E_ SP K T Sơ đồ nguyên lý: xem phần phụ lục Sơ đồ bố trí linh kiện ht c CL B K H O w w A w k Hình 18: Sơ đồ bố trí linh kiện của mạch điều khiển công suất Hình dáng board cơng suất đã hồn tất Hình 19: Board điều khiển công suất Thực hiện: KS Lê Tấn Cường Trang: 17 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/ Robot mê cung T20-2006 ht... Lê Tấn Cường Trang: 11 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/ Robot mê cung T20-2006 H om O v C n TR E_ SP K T Sơ đồ chân: ht c CL B K H O w w A w k Hình 11 : Sơ đồ chân SLA7026 Ứng dụng điều khiển động cơ bước: Hình 12 : Sơ đồ mạch ứng dụng điều khiển motor bước Thực hiện: KS Lê Tấn Cường Trang: 12 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/ Robot mê cung T20-2006 H om O v C n TR E_ SP K T Bảng sự... tượng khác Để giải quyết vấn đề này người thiết kế đã sử dụng một vi mạch số lập trình được PLD GAL16V8B giao tiếp điều khiển SLA7026 GAL16V8 có chức năng nhận tín hiệu xung nối tiếp sau đó chuyển thành tín hiệu song song điều khiển SLA7026 - GAL16V8 có sơ đồ khối như sau: Hình 15 : Sơ đồ khối GAL16V8 Thực hiện: KS Lê Tấn Cường Trang: 15 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/ Robot mê cung T20-2006 H... Thực hiện: KS Lê Tấn Cường Trang: 23 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/ Robot mê cung T20-2006 Sơ đồ nguyên lý mạch tạo nguồn 12Vù: 1 VIN GND LM7812/TO Vin VOUT 12V 2 0.1uf H om O v C n TR E_ SP K T 3 0.33uf Hình 12: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo nguồn 12V ht c CL B K H O w w A w k 2.Khả năng triển khai ứng dụng vào thực tế: Robot Mazing được thiết kế với các linh kiện có sẵn trong nước, do đó hồn... Timer/Counter 16 bit với PWM Bộ đònh thời watchdog 32 đường I/0 Bộ so sánh analog Bộ chuyển đổi ADC Hình 21: Sơ đồ khối Atmega8535 Thực hiện: KS Lê Tấn Cường Trang: 19 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/ Robot mê cung T20-2006 Chức năng chân Port A Port B ht c CL B K H O w w A w k Port C Chức năng -Là ngõ vào của bộ chuyển đổi ADC -Là chân I/O nếu chức năng ADC không sử dụng, để chọn chức năng vào hay... vào reset của IC, được đưa xuống mức thấp ( ít nhất là 50ns) để khởi động hệ thống H om O v C n TR E_ SP K T Chân Port D RST Thực hiện: KS Lê Tấn Cường Trang: 20 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/ Robot mê cung T20-2006 VCC, GND AVCC AREF AGND -Ngõ vào và ra dao động của IC Tần số thạch anh thường là 8 MHz -Chân cấp nguồn va ømass cho IC H om O v C n TR E_ SP K T X1, X2 -Chân cấp nguồn cho Bộ... cấp cho điện áp tham chiếu, Vb thường là 5V Điện trở phân áp trong mạch cung cấp điện áp tham chiếu R1, R2 Điện trở dò dòng RS Thực hiện: KS Lê Tấn Cường Trang: 14 Nghiên cứu, thiết kế chế tạo Mazing Robot/ Robot mê cung T20-2006 Dòng ngõ ra I OUT được tính bởi cơng thức sau: H om O v C n TR E_ SP K T hay ht c CL B K H O w w A w k Thiết kế phần điều khiển SLA7026 : - Để điều khiển một SLA7026 thì phải . tưởng từ 2 sản phẩm Robot Micromouse và Robot Ariat2. Robot Micromouse được công ty Alpha Innovations Pte, Singapore sản xuất như là một sản phẩm giành cho giáo dục. Robot Micromouse được công. thiết kế chế tạo Mazing Robot/ Robot mê cung. T20-2006 Thực hiện: KS. Lê Tấn Cường Trang: 3 Hình 2 : Robot Micromouse thực hiện thao tác vẽ hình. Hình 3 : Robot Micromouse chạy trong. thiết kế chế tạo Mazing Robot/ Robot mê cung. T20-2006 Thực hiện: KS. Lê Tấn Cường Trang: 2 Hình 1 : cuộc thi Micromouse năm 2003 tại Singapore. Trên nền robot Micromouse thì nó với