<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI</b>

<b>VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG</b>

<b> <small>Hà Nội, tháng 082 năm 2023</small></b>

1

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

2.1. Sơ đồ khối của hệ thống...5

2.2. Vai trò của từng khối...5

Chương 3: Thiết kế hệ thống...6

3.1. Sơ đồ mạch chi tiết của hệ thống...6

3.2. Chức năng chi tiết của từng khối...6

3.2.1. Khối nguồn...6

3.2.2. Khối điều khiển...7

3.2.3. Sensor dò line...7

3.2.4. Sensor đo khoảng cách...7

3.3. Triển khai xây dựng hệ thống...8

Chương 4: Kết quả và kết luận...9

4.1. Kết quả...9

4.2. Kết luận...9

Chương 5: Tài liệu tham khảo...10

2

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>LỜI MỞ ĐẦU</b>

Hiện nay, các vi xử lý hay vi điều khiển đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: điều khiển, tự động hóa, đo đạc. truyền thông,… Cùng với sự tiến bộ của khoa học cơng nghệ, các ứng dụng tự động hóa càng phát triển nhầm nâng cao năng suất lao động. Ngày càng nhiều robot thông minh được chế tạo và nghiên cứu để nâng cao chất lượng cuộc sống con người như các xe không người lái phục vụ du lịch, tham quan, các robot trong các dây chuyền sản xuất tự động,…

Chính vì điều đó, nhóm chúng em đã tiến hành đề tài “Chế tạo xe AGV mini (dò line, tránh vật cản)” với mong muốn có thể vận dụng những kiến thức đã học để bước đầu nắm bắtvà xây dựng robot thơng minh.

Trong q trình thức hiện đề tài, vẫn cịn tồn tại nhiều thiếu sót, chúng em rất mong nhận được những nhận xét và ý kiến từ thầy và các bạn để đê tài được hoàn thiện hơn.

Xin chân thành cảm ơn.

3

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>Chương 1: Tổng quan1.1. Lý do chọn đề tài</b>

Đất nước ta đang trong giai đoạn cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa. Để tiến kịp các nước trong khu vực và trên thế giới, nền công nghiệp nước nhà cần tiếp cận các công nghệ và thiết bị hiện đại. Các cán bộ kĩ thuật cần được trang bị các kiến thức mới, như vậy mới có thể đẩy nhanh các quá trình phát triển của đất nước.

Kĩ thuật robot đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực ở nhiều nước, nó đã đem lại hiệu quả to lớn trong sản xuất cơng nghiệp, trong quốc phịng, y tế, xã hội, thám hiểm vũ trụ. Tuy nhiên, tình hình sử dụng robot trong sản xuất của chúng ta cịn hiếm hoi. Việc ứng dụng robot cơng nghiệp hiện vẫn còn là lĩnh vực mới mẻ đối với nền công nghiệp nước nhà. Trong xu hướng phát triển chung việc nghiên cứu và sử dụng robot ở Việt nam chắc chắn sẽ phát triển.

AGV là một loại robot được sử dụng tại nước ngồi trong các ngành cơng nghiệp dùng để chuyên chở tự động. Tuy nhiên đối với Việt Nam thì cơng nghệ này vẫn chưa được áp dụng nhiều, thấy được tình hình đó, nhóm chúng em quyết định xây dựng mộtxe robot AGV mini (dò line, tránh vật cản).

<b>1.2. Mơ tả tóm tắt cách thức hoạt động của robot</b>

Xe robot hoạt động trên đường line được định sẵn, 3 mắt dò line sẽ xác định hướng di chuyển của xe, khi gặp chướng ngại vật, cảm biến khoảng cách sẽ đo khoảngcách từ robot đến vật để tiến hành di chuyển tránh chướng ngại vật, ở cuối đường line ta sẽ kẻ một đường ngang đen nhằm cho robot xác định đó là điểm cuối của line và sau đó robot sẽ dừng lại.

4

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>Chương 2: Giới thiệu arduino và các thành phần mạch2.1. Giới thiệu về arduino</b>

<b>2.1.1. Sơ lược về Arduino UNO R3</b>

<b>Arduino Uno là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển </b>

Microchip ATmega328 được phát triển bởi Arduino.cc. Bảng mạch được trang bị các bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch mở rộngkhác nhau.

Hình 1: Sơ đồ cấu trúc Arduino Uno R3

<b>2.1.2. Một vài thông số</b>

<b>Một vài thông số của Arduino UNO R3</b>

Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)Tần số hoạt động 16 MHz

5

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Dòng tiêu thụ khoảng 30mAĐiện áp vào khuyên dùng 7-12V DCĐiện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)Dòng tối đa trên mỗi chân

Dòng ra tối đa (5V) 500 mADòng ra tối đa (3.3V) 50 mA

Bộ nhớ flash ^{32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi}bootloader

SRAM 2 KB (ATmega328)EEPROM 1 KB (ATmega328)

<b>LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13. Khi </b>

chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW).

<b>VIN: Chân này dùng để cấp nguồn ngoài (điện áp cấp từ 7-12VDC).5V: Điện áp ra 5V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 500mA).3V3: Điện áp ra 3.3V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 50mA).GND: Là chân mang điện cực âm trên board.</b>

<b>IOREF: Điệp áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO</b> và có thể đọc điện áp trên chân IOREF. Chân IOREF không dùng để làm chân cấp nguồn.

6

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>Bộ nhớ</b>

Vi điều khiển ATmega328:

<b>32 KB bộ nhớ Plash: trong đó bootloader chiếm 0.5KB.</b>

<b>2 KB cho SRAM: (Static Random Access Menory): giá trị các biến khai báo </b>

sẽ được lưu ở đây. Khai báo càng nhiều biến thì càng tốn nhiều bộ nhớ RAM. Khi mất nguồn dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.

<b>1 KB cho EEPROM: (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): </b>

Là nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây và không bị mất dữ liệu khi mất nguồn.

<b>Các chân đầu vào và đầu ra</b>

<b>Trên Board Arduino Uno có 14 chân Digital được sử dụng để làm chân đầu vào và đầu </b>

ra và chúng sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite(), digitalRead(). Giá trị điện áp trên mỗi chân là 5V, dòng trên mỗi chân là 20mA và bên trong có điện trở kéo lên là 20-50 ohm. Dịng tối đa trên mỗi chân I/O không vượt quá 40mA để tránh trường hợp gây hỏng board mạch.

Ngoài ra, một số chân Digital có chức năng đặt biệt:

<b>Serial: 0 (RX) và 1 (TX): Được sử dụng để nhận dữ liệu (RX) và truyền dữ liệu </b>

(TX) TTL.

7

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>Ngắt ngoài: Chân 2 và 3.</b>

<b>PWM: 3, 5, 6, 9 và 11 Cung cấp đầu ra xung PWM với độ phân giải 8 bit bằng </b>

hàm analogWrite ().

<b>SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Các chân này hỗ trợ giao tiếp SPI </b>

bằng thư viện SPI.

<b>LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13. Khi </b>

chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW).

<b>TWI/I2C: A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.Arduino Uno R3 có 6 chân Analog từ A0 đến A5, đầu vào cung cấp độ phân giải là 10 bit.</b>

8

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b>2.2. Các thành phần của mạch2.2.1. Động cơ giảm tốc</b>

Hình 3: Hình ảnh về động cơ giảm tốcThơng số kỹ thuật:

Điện áp hoạt động: 3V~9V DC

Momen xoắc cực đại: 800gf cm, min 1:48 (3V)Tốc độ khơng tải: 125 vịng/1 phút (3V)Dịng khơng tải: 70mA (250mA MAX)

9

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>2.2.2. Module điều khiển động cơ L298</b>

Hình 4: Hình ảnh về Module điều khiển động cơ L298Thông số kỹ thuật:

Module L298 có thể điều khiển 2 động cơ DC hoặc 1 động cơ bước, có 4 lỗ nằm ở 4 góc thuận tiện cho người sử dụng vị trí cố định cua module.

Có gắn tản nhiệt chống nóng cho IC, giúp IC có thể điều khiển dịng đỉnh đạt 2A.

IC L298N được gắn với các diode trên board giúp bảo vệ vi xử lý chống lại các dòng điện cảm ứng từ việc khởi động/ tắt động cơ.

Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu HĐiện áp điều khiển: +5V ~ +12VDòng tối đa cho mỗi mạch cầu H: 2AĐiện áp của tín hiệu điều khiển: 0~ 36mACơng suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T=75°C)

10

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Nhiệt độ bảo quản: -25°C~ +130

Công dụng: IC L298 là một IC tích hợp nguyên khối gồm 2 mạch cầu H bên trong. Với điện áp làm tăng công suất nhỏ như động cơ DC loại vừa…

4 chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 được nối lần lượt với các chân 5,7,10,12 của L298. Đây là các chân nhận tín hiệu điều khiển.

4 chân OUTPUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương tự với các chân input)

được nối với các chân 2,3,13,14 của L298. Các chân này sẽ được nối với động cơ.

Hai chân ENA và ENB dùng để điều khiển mạch cầu H trong L298. Nếu ở mức logic “1” (nối với nguồn 5V) cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ở mức logic “0” thì mạch cầu H khơng hoạt động.

INT1 = 1; INT2 = 0: Động cơ quay thuận. INT1 = 0; INT2 = 1: Động cơ quay nghịch. INT1 = INT2: Động cơ dùng ngay tức thì. Với ENB cũng tương tự với INT3, INT4.

Hình 5: Sơ đồ nguyên lý

11

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<b>2.2.3. Cảm biến hồng ngoại 5 kênh TCRT 5000</b>

Hình 5: Hình ảnh về Cảm Biến Dị Line Đơn TCRT5000Thông số kỹ thuật:

Điện áp hoạt động: 5VDCMạch sử dụng chip so sánh LM393

12

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Dòng tiêu thụ: <10mA

Dải nhiệt độ hoạt động: 0oC ~ 50oCĐầu giao tiếp: 4 dây VCC, GND, DO, AOTín hiệu kích hoạt đầu vào: TTLKích thước: 3.2 x 1.4mm

Cơng dụng: hoạt động theo nguyên lý thu – phát ánh sáng. Các mắt sẽ phát ra tia hồng ngoại có bước sóng hồng ngoại. Mắt thu ở bề mặt chứa vùng sáng sẽ hấp thụ ánhsáng hồng ngoại đó. Ở trạng thái bình thường mắt thu có nội trở rất lớn (hàng trăm Kilo-Ohm). Khi thu nhận tia hồng ngoại vào nội trở của mắt thu giảm (vài chục Kilo-Ohm). Nếu bề mặt phản xạ lại ánh sáng, tín hiệu đó sẽ được mắt thu thu nhận → Từ đó ta xác định được tín hiệu và đưa ra vùng sáng xác định (Những bề mặt, vùng phản xạ gần như phản xạ hết những ánh sáng đi qua nó). Nếu bề mặt khơng phản xạ lại ánh sáng, khơng có tín hiệu về mắt thu → Từ đó ta khơng nhận được tín hiệu và xác định được vùng tối (Những bề mặt, vùng tối hấp thụ gần như hết ánh sáng đi qua nó).

<b>2.2.5. Pin 18650</b>

Hình 5: Hình ảnh về pin 18650Thông số kỹ thuật:

Điện áp: 3.6V đến 4.2V

13

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Chiều dài 650mmDung lượng từ 3000mAhCó thể sạc lại đượcDịng xả 15, 20A

<b>Chương 3: Phân tích hệ thống3.1. Sơ đồ khối của hệ thống</b>

<b>3.2. Vai trò của từng khối</b>

Khối Start: Thực thi ngay sau khi cấp nguồn cho robot.L, C, R, Khoangcach: khai báo các biến để lưu trữ dữ liệu.

14

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Khối xử lý, rẽ nhánh: khối rẽ nhánh giúp phân luồng các điều kiện đo được từ cácsensor sau đó gửi về khối xử lý để xử lý tín hiệu.

Khối thực thi: giúp robot di chuyển theo đúng chu trình.

<b>Chương 4: Thiết kế hệ thống4.1. Sơ đồ mạch chi tiết của hệ thống</b>

15

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

<b>4.2. Chức năng chi tiết của từng khối4.2.1. Khối nguồn</b>

Chức năng: Cấp nguồn cho hệ thống.

<b>4.2.2. Khối điều khiển</b>

Chức năng: nhận tín hiệu điều khiển từ các sensor để điều khiển động cơ robot

<b>4.2.3. Sensor dò line</b>

Chức năng: Xác định đường line để gửi về arduino xử lý.

16

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

<b>4.3. Triển khai xây dựng hệ thống </b>

B1: Tìm hiểu hệ thống.

B2: Triển khai kết nối phần cứng.

B3: Code giao tiếp giữa arduino với các sensor.B4: Tiến hành chạy thử.

B5: Xử lý các vấn đề phát sinh trong quá trình vận hành.

17

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

<b>Chương 5: Kết quả và kết luận</b>

18

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

<b>5.1. Kết quả</b>

19

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

Xe AGV đã hoàn thành kịp tiến độ. Q trình làm việc nhóm hiệu quả, phần gắn mạch và đấu nối mạch, lập trình được phân chia đảm bảo sự liên kết giữa các thành viên trong nhóm. Cảm biến siêu âm được bố trí khoa học, giảm tình trạng nhiễu và gây cản trở hoạt động.

<b>5.2. Kết luận</b>

Nhờ có sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo bộ mơn nên nhóm chúng em sau 1 kỳhọc vừa qua đã hoàn thiện sản phẩm xe robot AGV mini (dị line, tránh vật cản). Nhìn chung sản phẩm hoạt động ổn định trong mơi trường ít bị ảnh hưởng bới ánh sáng mặt trời tác động vào mắt cảm biến dò line, xe hoạt động trên đường line cố định và tự động tránh vật cản trong quá trình di chuyển.

21

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

<b>Chương 6: Tài liệu tham khảo</b>

[1] Arduino Workshop: A Hands-On Introduction with 65 Projects.[2] Programming Arduino: Getting Started with Sketches, Second Edition.[3] HC-SR04 Datasheet (HTML) - List of Unclassifed Manufacturers[4]