Đang tải... (xem toàn văn)
Xe dò line dùng vi điều khiển AT89S52 và cảm biến hồng ngoại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ - - BÁO CÁO MÔN HỌC ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ Đề tài: “XE DÒ LINE DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52 VÀ CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI” Lớp: Sinh viên thực hiện: KTĐT – TT 37A Quy Nhơn, 06/2017 Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Ngày điều khiển tự động trở thành nhu cầu không th ể thiếu người , xuất học thuy ết ứng dụng cụ thể đời sống ngày, nói điều khiển tự động chi phối dần sống Con ng ười c ố gắng tạo xe dò line có khả làm việc thay cho ng ười , thường bắt gặp xe dò line dây chuy ền hang hóa cơng nghiệp Để tìm ý tưởng sáng tạo hay để tổ chức thi bổ ích tiền đề để tạo xe dò line có khả áp d ụng vào thực tế Tự động hóa tổng hòa nhiều lĩnh vực khí, điều ển, công nghệ thông tin điện tử Các lĩnh v ực k ết h ợp v ới tạo thành hệ thống tự động hóa cao tự động hóa tồn hệ thống sản xuất Ngành cơng nghệ tự động hóa ngày có vai trò quan trọng hết sưc cần thiết để đáp ứng m ục tiêu kinh tế, q trình cơng nghiệp hóa đại hóa nh hi ện Hiện có nhiều loại robot: Quy mô lớn như: cánh tay máy dây chuy ền sản xuất, hệ thống sản xuất tự động… Nhỏ robot có khả di chuyển, làm nh ững công việc nguy hiểm thay người, robot giúp người già, robot bán hang… Lần nhóm thực làm xe dò line Đây c s ở, n ền t ảng đ ể làm lớn hơn, có ích q trình h ọc tập làm vi ệc sau Cũng mục đích mà chúng em thực đề tài xe dò line, lại bước khởi đầu lập trình vi điều khiển, ch ỉ cơng việc nhỏ q trình thiết kế thi cơng đề tài em nhiều học kinh nghiệm q giá, tìm tòi ứng dụng thực tiễn sống Chương I Tổng quan Cảm biến hồng ngoại 1.1 Giới thiệu chung Cảm biến hồng ngoại chia làm loại: cảm biến hồng ngoại thường, cảm biến hồng ngoại kiểu phản xạ (infrared reflective sensor) cảm biến hồng ngoại kiểu thấu xạ (infrared slotted sensor) 1.2 Các loại cảm biến Cảm biến hồng ngoại thường: loại cảm biến mà phát thu không kết cấu khối Bộ phát thu phận riêng rẽ Bộ phát hồng ngoại (infrared emitter) có hình dạng diode phát quang (LED) Tuy nhiên ánh sang phát hồng ngoại Bộ thu hồng ngoại (infrared detector) transistor quang Khi transistor nhận ánh sáng hồng ngoại, dẫn bão hòa Ngược lại, ngưng dẫn Cảm biến hồng ngoại kiểu phản xạ: linh kiện hình thang thiết kế cho ứng dụng đặc biệt Trong linh kiện có tích hợp transistor quang (rất nhạy ánh sáng hồng ngoại) phát ánh sáng hồng ngoại Khi có vật thể chắn sáng, lượng sáng phản hồi đến transistor quan nhờ vật chắn sáng, transistor quang bắt đầu dẫn ngược lại Cảm biến hồng ngoại kiểu thấu xạ: nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống với cảm biến hồng ngoại kiểu phản xạ Tuy nhiên, lượng ánh sáng phát đưa trực tiếp đến transistor quang Nếu khơng có vật thể chắn sáng phát thu (transistor quang), transistor nhận hồn toàn lượng ánh sáng phát Lúc này, transistor dẫn bão hòa Ngược lại, có vật thể chắn sáng phát thu, lúc transistor không nhận lượng ánh sáng phát 1.3 Cảm biến hồng ngoại mạch dò đường Vi điều khiển 8051 2.1 Giới thiệu chung MCS-51 họ vi điều khiển hãng Intel Vi mạch tổng quát c họ MCS-51 chip 8051 Chip 8051 có số đặc trưng sau: • Bộ nhớ chương trình bên trong: KB (ROM) • Bộ nhớ liệu bên trong: 128 byte (RAM) • Bộ nhớ chương trình bên ngồi: 64 KB (ROM) • Bộ nhớ liệu bên ngồi: 64 KB (RAM) • port xuất nhập (I/O port) bit • định thời 16 bit • Mạch giao tiếp nối tiếp • Bộ xử lý bit (thao tác bit riêng lẻ) • 210 vị trí nhớ định địa chỉ, vị trí bit • Nhân / chia trong4 uS Ngồi ra, họ MCS-51 có sơ chip vi điều ển khác có cấu trúc tương đương như: CHIP ROM 8031 8032 8051 8052 8751 8752 8951 8952 KB KB KB PROM KB PROM KB UV-EPROM KB UV-EPROM KB Flash ROM KB Flash ROM RAM (byte) 128 256 128 256 128 256 128 256 Bộ định thời 3 3 2.2 Các phiên chip vi điều khiển 8051 2.2.1 Bộ điều khiển AT8951 AT8951 phiên 8051 có ROM chip nh Flash Phiên thích hợp cho ứng dụng nhanh nh Flash xóa vài giây Dĩ nhiên để dùng AT8951 cần phải có thiết bị lập trình Rom hỗ trợ nhớ Flash khơng cần đến thiết bị xóa ROM nhớ Flash xóa thiết bị lập trình PROM Ký hiệu AT89C51 AT89LV51 AT89C1051 AT89C2051 AT89C52 AT89LV52 ROM (KB) 4 8 RAM 128 128 64 128 256 256 I/O Time r 32 32 15 15 32 32 Ngắt Vcc (V) 5 3 6 PIN 40 40 20 20 40 40 2.2.2 Bộ vi điều khiển 8052 8052 phiên họ 8051, 8052 có tất thơng số kỹ thuật 8051, ngồi có thêm 128 byte RAM, KB ROM ba định thời Đặc tính kỹ thuật ROM chip (KB) RAM chip (byte) Bộ định thời Chân vào/ra Cổng nối tiếp Nguồn ngắt 8031 128 32 8051 128 32 8052 256 32 8051 trường hợp riêng 8052 Mọi ch ương trình viết cho 8051 chạy 8052 nh ưng ng ược lại khơng 2.3 Các chân chip 8051 2.3.1 Sơ đồ khối chức khối chip 8051 Sơ đồ khối chip 8051 Chức khối: • CPU (Central Processing Unit): Đơn vị xử lý trung tâm tính tốn điều khiển q trình hoạt động hệ thống • OSC (Oscillator): Mạch dao động tạo tín hiệu xung clock cung cấp cho khối chip hoạt động • Interrupt control: Điều khiển ngắt nhận tín hiệu ngắt từ bên (INT0\, INT1\), từ định thời (Timer 0, Timer 1) từ cổng nối tiếp (Serial port), đưa tín hiệu ngắt đến CPU để xử lý • Other registers: Các ghi khác lưu trữ liệu port xuất/nhập, trạng thái làm việc khối chip suốt trình hoạt động hệ thống • RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ liệu chip lưu trữ liệu • ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ chương trình chip lưu trữ chương trình hoạt động cuả chip • I/O port (In/Out ports): Các port xuất/nhập điều khiển việc xuất nhập liệu dạng song song ngồi chip thơng qua port P0, P1, P2, P3 • Serial Port: Port nối tiếp điều khiển việc xuất nhập liệu dạng nối tiếp ngồi chip thơng qua chân TxD, RxD • Timer 0, Timer 1: Bộ định thời 0, dừng để định gian đếm kiện (đếm xung) thông qua chân T0, T1 • Bus control: Điều khiển bus điều khiển hoạt động hệ thống bus việc chuyển thơng tin hệ thống bus • Bus system: Hệ thống bus liên kết khối chip lại với 2.3.2 Sơ đồ chân chức chân chip 8051 Sơ đồ chân chip 8051 2.3.2.1 Port Port ) (P0.0 – P0.7) số thứ tự chân từ 32 – 39 Port có hai chức năng: • Port xuất nhập liệu (P0.0 – P0.7) khơng sử dụng nhớ ngồi • - Bus địa byte thấp bus liệu đa h ợp (AD0 – AD7) có sử dụng nhớ ngồi • Khi port đóng vai trò port xuất nh ập d ữ liệu ph ải sử dụng điện trở kéo lên cao • Ở chế độ mặc định (khi reset) chân Port (P0.0 – p0.7) cấu hình port xuất liệu Muốn chân port làm port nhập dự liệu cần phải lập trỉnh lại, cách ghi mức logic cao đến tất bit port trước bắt đầu nhập liệu từ port Khi lập trình cho ROM chip port đóng vai trò ngõ vào c d ữ liệu (D0 – D7) 2.3.2.2 Port Port (P1.0 – P1.7) có số thứ tự chân từ -8 Có số chức năng: • Port xuất nhập liệu (P1.0 – P1.7) s dụng không sử dụng nhớ ngồi • Ở chế độ mặc định (khi reset) chân Port c ấu hình Port xuất liệu Muốn chân port làm port nhập liệu cần phải lập trình lại, cách ghi m ức logic cao đến tất bit port trước bắt đầu nhập liệu từ port • Khi lập trình cho ROM chip Port đóng vai trò ngõ vào địa byte thấp (A0- A7) 2.3.2.3 Port Port (P2.0 – P2.7) có số thứ tự chân từ 21 -28 Port có hai chức năng: • Port xuất nhập liệu port khơng sử dụng nhớ ngồi • Bus địa byte cao (A8 – A15) có sử dụng nh ngồi • Ở chế độ mặc định (khi reset) chân port đ ược c ấu hình port xuất liệu Muốn chân port làm port nhập liệu cần phải lập trình lại, cách ghi m ức logic cao đến tất bit port trước bắt đầu nhập liệu từ port • Khi lập trình cho ROM chip Port đóng vai trò ngõ vào địa byte cao (A8 – A11) tín hi ệu điều khiển 2.3.3.4 Port Port (P3.0 – P3.7) có số thứ tự chân từ 10 -17 Có chức năng: • Port xuất nhập liệu khơng sử dụng nhớ ngồi chức đặc biệt • Các tín hiệu điều khiển có sử dụng nhớ chức đặc biệt 10 điện áp danh nghĩa cao (lớn 36V) dòng điện danh nghĩa lớn 1.2A nên thích hợp cho các ứng dụng cơng su ất nhỏ động DC loại nhỏ vừa Có mạch cầu H chip L298D nên điều khiển đối tượng với chip Mỗi mạch cầu bao gồm đ ường nguồn Vs (thật đường chung cho mạch c ầu), m ột đ ường current sensing (cảm biến dòng), phần cuối mạch cầu H khơng nối với GND mà bỏ trống cho người dùng n ối điện trở nhỏ gọi sensing resistor Động nối với đường OUT1, OUT2 (hoặc OUT3, OUT4 dùng mạch cầu bên phải) Một chân En (EnA EnB cho mạch cầu) cho phép mạch cầu hoạt động, chân En kéo lên mức cao, mạch cầu sẵn sang hoạt động 2.4 Khối điều khiển trung tâm Khối điều khiển trung tâm 21 Khối điều khiển trung tâm sử dụng chip vi điều khiển AT89S52, vi điều khiển thuộc họ MCS-51, với KB nh ớ, có th ể đọc/ghi liệu khoảng 1000 lần Điện áp đầu vào từ 4.0 – 5.5V, t ần số cung cấp tĩnh từ – 33 MHz, có 32 đường I/O l ập trình đ ược, Timer/Counter 16 bit, ngắt Vi điều khiển AT89S52 thích hợp để điều khiển động c DC Tuy nhiên, động mạch thường hoạt đ ộng không ổn định hay cố kỹ thuật nên có tốc độ khơng ổn định nh việc điều khiển đòi hỏi tốc độ động phải thay đổi liên t ục nên thiết kế mạch công suất cho động để động hoạt động ổn định Dòng xuất nhập chip tương đối nhỏ, với ứng d ụng s dụng cổng I/O ta sử dụng trực tiếp cổng Nh ưng mạch xe dò đường cổng I/O tận dụng tối đa nên thiết kế thêm mạch đệm trước cổng I/O, IC đ ệm cung cấp dòng lớn cho tải Lập trình điều khiển 22 3.1 Lưu đồ ý tưởng thuật toán 23 3.2 Lưu đồ thuật toán chi tiết 24 3.3 Code Assembly in_1 bit p1.0 in_2 bit p1.1 in_3 bit p1.2 in_4 bit p1.3 out_1 bit p0.0 out_2 bit p0.1 out_3 bit p0.2 out_4 bit p0.3 org 00h ljmp main org 40h main: ;Thiết lập cổng ra/vào mov p1,#0ffh mov p0,#00h ;Lùi tìm đường giới hạn mov a,p1 add a,#00000001b jc hoantat ;Kiểm tra tín hiệu setb in_4 jnb in_4,kt2 setb in_2 jnb in_2,a1 ljmp kt1 a1: call re_phai_gap ljmp ktra_phai kt2: setb in_2 jnb in_2,a2 call re_trai_gap ljmp ktra_trai a2: call tien kt1: setb in_1 jnb in_1,kt3 setb in_3 jnb in_3,a3 25 call tien ljmp main a3: call re_trai ljmp main kt3: setb in_3 jnb in_3,a4 call re_phai ljmp main a4: call tien ljmp main hoantat: call lui ljmp main ktra_trai: setb in_2 jnb in_2,b1 setb in_4 jnb in_4,ktra_xong call re_trai_gap call delay call tien ljmp ktra_trai b1: setb in_4 jnb in_4,b2 ljmp ktra_xong b2: call re_trai_gap call delay call tien ljmp ktra_trai ktra_phai: setb in_4 jnb in_4,b3 setb in_2 jnb in_2,ktra_xong call re_phai_gap call delay ljmp ktra_phai b3: setb in_2 26 b4: jnb in_2,b4 ljmp ktra_xong call re_trai_gap call delay ljmp ktra_phai ktra_xong: ljmp main ;Quyết định ngung: clr out_1 clr out_2 clr out_3 clr out_4 call delay_thap ljmp main tien: setb out_1 setb out_3 clr out_2 clr out_4 call delay ljmp ngung ret lui: setb out_2 setb out_4 clr out_1 clr out_3 call delay_thap call ngung ret re_trai: setb out_3 clr out_1 clr out_2 clr out_4 call delay_re call delay_re clr out_3 27 re_phai: clr out_1 clr out_2 clr out_4 call delay_re ret setb out_1 clr out_2 clr out_3 clr out_4 call delay_re call delay_re clr out_3 clr out_1 clr out_2 clr out_4 call delay_re ret re_trai_gap: setb out_2 clr out_3 clr out_1 clr out_4 call delay_re call delay_re setb out_3 clr out_2 clr out_1 clr out_4 call delay_re call tien call tien call tien call tien ret re_phai_gap: clr out_1 setb out_4 clr out_2 clr out_3 28 delay: call delay_re call delay_re setb out_1 clr out_3 clr out_2 clr out_4 call delay_re call tien call tien call tien call tien MOV R1,#1 L1: MOV R2,#20 L2: MOV R3,#100 L3: NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ R3,L3 DJNZ R2,L2 DJNZ R1,L1 ret delay_re: MOV R1,#1 d1: MOV R2,#25 d2: MOV R3,#100 d3: NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ R3,d3 29 DJNZ R2,d2 DJNZ R1,d1 ret delay_thap: MOV R1,#1 x1: MOV R2,#15 x2: MOV R3,#100 x3: NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ R3,x3 DJNZ R2,x2 DJNZ R1,x1 ret end Chương Lắp ráp kết luận Lắp ráp Sơ đồ mạch in modul thành phần: 30 Mạch in modul cặp cảm biến hồng ngoại Mạch in modul so sánh tín hiệu Mạch in khối điều khiển trung tâm Một số hình ảnh sản phẩm sau lắp ráp hoàn thành: 31 Ảnh sản phẩm thực tế Đường “ray” cho xe chạy 32 Trong mơ hình xe dò đường có sử dụng chi tiết, linh kiện: Động giảm tốc Sạc dự phòng cấp nguồn cho mạch hoạt động 33 Ưu nhược điểm robot dò đường 2.1 Ưu điểm Mơ hình robot dò đường thiết kế chạy ổn định, bám vạch xác, chạy thuật tốn u cầu hoàn thành nhiệm vụ Thể khả hồn tồn tự động mơ hình, hoạt động theo chương trình lập trình Đây bước ngoặc quan trọng mở để Robot tiến xa q trình tự động hóa 2.2 Nhược điểm Bên cạnh ưu điểm vượt trội, robot dò đường có mặt hạn chế: Q trình thiết kế mạch, lắp ráp, sửa chữa phức tạp tốn nhiều thời gian Để robot hoạt động ý người đòi hòi người lập trình phải am hiểu phần cứng lẫn phần mềm robot, đòi hỏi trình độ kinh nghiệm người lập trình thiết kế mạch Hướng phát triển sản phẩm Từ ứng dụng điều khiển robot dò đường, ta ứng dụng nhiều mặt thám hiểm, vạn chuyển hàng hóa nhà máy, xe khơng người lái… Cụ thể lập trình cho robot thơng minh h ơn có khả làm nhiều việc khác di chuyển linh hoạt Kỹ thuật đo lường vô quan trọng thi robocon tiesp tục phát triển để làm robot có tính ứng dụng cao 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh [1] Line Follower Robot https://www.engineersgarage.com/contribution/ line-follower-robot [2] Datasheet AT89S52 – Atmel Corporation www.atmel.com/images/doc1919.pdf [3] Overview of the 8051 family http://what-when-how.com/8051microcontroller/overview-of-the-8051-family/ [4] Electronic Device and Circuit Theory - Robert Boylestad, Nashelsky Tiếng Việt [6] Giáo trình cảm biến cơng nghiệp - Th.S Hồng Minh Công, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng [7] Giáo trình Vi điều khiển – Th.S Phạm Hùng Kim Khánh, Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ TP Hồ Chí Minh, Khoa Điện - Điện tử 35 ... quan Cảm biến hồng ngoại 1.1 Giới thiệu chung Cảm biến hồng ngoại chia làm loại: cảm biến hồng ngoại thường, cảm biến hồng ngoại kiểu phản xạ (infrared reflective sensor) cảm biến hồng ngoại kiểu... đơn vi điều khiển 8051 • Kết nối vi điều khiển với Rơle • Kết nối vi điều khiển với LCD • Kết nối vi điều khiển với ma trận led … Robot dò đường 3.1 Giới thiệu robot dò đường • Robot dò đường biến. .. phần điều khiển tự động có mặt vi điều ển, nhu cầu cơng nghiệp hóa vi điều khiển đóng vai trò quan trọng bậc chun ngành tự động điều khiển Ví dụ ứng dụng đơn giản vi điều khiển 8051: • Vi điều khiển