Đại học Quốc Gia TP.HCM
Trƣờng Đại học Công Nghệ Thông Tin
----------

BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1
Đề tài: “Thiết kế xe mini chạy theo vạch kẻ cho trước sử
dụng sensor”
Giáo viên hƣớng dẫn : Ths.Lâm Đức Khải
Khoa : Kỹ thuật máy tính
Khóa : 03
Nhóm thực hiện :
1.Nguyễn Thành Đức

08520095 (Nhóm Trưởng)

2.Huỳnh Xuân Tâm

08520326

3.Nguyễn Hoài Nam

08520242

4.Phan Thanh Hưng

08520164

TP.HCM,ngày 15,tháng 2,năm 2012


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng

LỜI MỞ ĐẦU
Công nghệ robot đã len lỏi vào từng ngóc ngách,vào từng phần nhỏ
nhất của cuộc sống của chúng ta.Robot,cho dù chỉ sinh ra phục vụ những
nhu cầu thƣờng ngày của cuộc sống,nhƣ robot hút bụi Roomba ,hay để thực
hiện những công việc lớn hơn nhƣ công việc lắp ráp ở các nhà máy chế tạo ô
tô,máy bay,thám hiểm vũ trụ… cho dù chúng ở hình dạng nào thì cũng đã
không còn quá xa lạ nhƣ trƣớc nữa.Robot đang và ngày càng gần với con
ngƣời hơn.
Robot có thể đƣợc hiểu rằng đó là những “máy tự động đa chức
năng,có thể lập trình lại,đƣợc thiết kế để di chuyển vật chất,bộ phận,công
cụ,hay các thiết bị đặc biệt thông qua những chuyển động đã đƣợc lập trình
sẵn dành cho những nhiệm vụ đa dạng”.
Robot đã có từ khoảng 270 năm trƣớc công nguyên,đó là những cơ
quang và đồng hồ nƣớc với hình dáng có thể chuyển động đƣợc do một kỹ
sƣ ngƣời Hy Lạp chế tạo ra!.Năm 1961,tức là 20 năm sau khi đã có đầy đủ
tên,Robot công nghiệp đầu tiên mới đƣợc chế tạo tại phân xƣởng nhà máy
General Motor ở New Jersey. Có thể coi đây là điểm bắt đầu của ngành công
nghiệp chế tạo những cổ máy tinh vi này.
Trong đề tài này,sản phẩm là 1 chiếc xe mini sử dụng sensor(hệ thống
dò đƣờng) di chuyển theo vạch kẻ cho trƣớc(robot tự dò đƣờng).So với
những robot đƣợc kể trên thì nó chỉ là 1 robot nhỏ,đơn giản nhƣng lại là nền
tảng cho việc phát triển những cái lớn hơn…

GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Page 1


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên,em xin chân thành cảm ơn GVHD-Thầy Lâm Đức Khải
đã có những góp ý,hƣớng dẫn nhiệt tình trong quá trình thực hiện đồ án
này!Cũng nhƣ đã thông cảm cho nhóm khi đồng ý cho nhóm gia hạn tiến độ
báo cáo đồ án khi nhóm chƣa hoàn thành đúng tiến độ trong bảng kế hoạch.
Xin cảm ơn tất cả các thành viên trong nhóm đã tích cực hoạt
động,góp phần chung để hoàn tất đồ án này.
Xin chân thành cảm ơn đến một số bạn bè cùng lớp đã có những góp
ý rất bổ ích cho đồ án này.
Xin chân thành cảm ơn đến các bạn sinh viên ở một số diễn đàn trên
mạng.Chính những góp ý của các bạn đã giúp cho nhóm hiểu ra và khắc
phục đƣợc một số vấn đề nảy sinh trong quá trình thực hiện đồ án này.
Và cuối cùng,xin chân thành cảm ơn đến các bạn đã từng làm về robot
dò đƣờng.Các bạn đã chia sẻ các đồ án của các bạn,những thông tin quý báu
của các bạn là kiến thức vô giá với chúng tôi.

GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Page 2


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng

LỜI NHẬN XÉT
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________

_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Page 3


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng

MỤC LỤC
1. Cơ sở đề tài................................................................................................5
1.1. Lý do chọn đề tài ...................................................................................5

1.2. Giới thiệu đề tài .....................................................................................5
1.3. Sơ đồ khối toàn hệ thống ......................................................................6
1.4. Kế hoạch thực hiện ...............................................................................6
2. Xác định mục tiêu và giới hạn .................................................................7
2.1. Mục tiêu .................................................................................................7
2.2. Giới hạn .................................................................................................8
3. Hiện thực đề tài ........................................................................................8
3.1. Khối nguồn ............................................................................................8
3.2. Khối vi điều khiển ...............................................................................11
3.3. Khối động cơ ........................................................................................14
3.4. Khối cảm biến ......................................................................................16
4. Tài liệu tham khảo..................................................................................21
5. Phụ lục ....................................................................................................21
5.1. Hình ảnh các khối và sản phẩm hoàn chỉnh .....................................21
5.2. Danh sách thiết bị ...............................................................................25
5.3. Các Datasheet ......................................................................................26

GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Page 4


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng

1.Cơ sở đề tài :
1.1.Lý do chọn đề tài :
Robot có vai trò rất quan trọng trong đời sống hiện nay đặc biệt là
những ứng dụng của nó trong sản xuất kinh tế, quốc phòng…Tuy nhiên công
nghệ chế tạo robot là 1 nghành còn khá mới mẻ với Việt Nam nên việc phát
triển nghành công nghiệp này để bắt kịp với các nƣớc phát triển khác là 1

điều vô cùng quan trọng.
Theo nhóm nghĩ,cách tiếp cận robot đơn giản nhất là thực hiện thiết
kế xe mini sử dụng cảm biến,có thể là tránh vật cản,đi trong mê cung,hoặc là
dò đƣờng…Và nhóm chọn đề tài xe tự động dò đƣờng.Với đề tài này,nhóm
có thể kết hợp lý thuyết vi điều khiển đã học với thực hành,đồng thời tìm
hiểu thêm về điện-điện tử.
1.2.Giới thiệu đề tài :
Sản phẩm là 1 chiếc xe mini tự động có chức năng tự di chuyển theo
vạch kẻ cho trƣớc(trắng hoặc đen-nhóm cho xe đi theo vạch đen).
Đầu tiên ta thiết kế đƣờng đi là 1 vạch đen (nhóm dùng băng keo đen).
Xe có một bộ phận cảm biến ở đầu xe,bộ phận này dò vạch đen,nếu xe bắt
đƣợc vạch đen thì truyền tín hiệu đến vi điều khiển.Từ đó,vi điều khiển xuất
tín hiệu điều khiển động cơ chuyển động sao cho phù hợp với hoàn cảnh xe
bắt đƣợc vạch đen đang ở trạng thái nào (đi thẳng,trái,phải…).
Đề tài này sử dụng vi điều khiển Atmega8.
Ta có thể hiểu rõ hơn cơ chế hoạt động của xe thông qua sơ đồ khối
bên dƣới.

GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Page 5


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng

1.3.Sơ đồ khối toàn hệ thống :

MẠCH
SENSORS


MẠCH
VI ĐIỀU KHIỂN

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG
CƠ

XE CHUYỂN ĐỘNG

1.4.Kế hoạch thực hiện: Thời gian :1/11/2011-15/2/2012
Giai
đoạn
1
2

3

Kế hoạch
Tìm hiểu,phân tích yêu cầu đồ án.
Lập kế hoạch và thiết kế khối mạch nguồn
Lập bảng kế hoạch
Tìm hiểu về các nguồn cung cấp cho động cơ,vi
điều khiển,sensor…
Tìm hiểu về IC LM7805 : có chức năng chuyển
nguồn 7-24V sang nguồn 5V.
Vẽ mạch nguyên lý bộ chuyển đổi điện áp từ
nguồn 9V5V trên Orcad.
Làm board mạch chuyển điện áp 9V5V.
Khối điều khiển
─Tìm hiểu vi điều khiển(VDK) Atmega8.Tìm
hiểu các chân VDK,ngắt,timer/couter.

─Vẽ sơ đồ nguyên lý khối điều khiển.
─Nghiên cứu mạch nạp cho Atmega8 : sơ đồ vị
trí các chân,cách nạp,cách set để sử dụng đƣợc
thạch anh ngoài.
─ Thiết kế board mạch vi điều khiển cho phép
nạp chƣơng trình trực tiếp lên board.

GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Tên Thành
viên thực hiện
Cả nhóm
Cả nhóm
Huỳnh Xuân
Tâm
&
Phan Thanh
Hƣng

Thời gian
1/11-4/11
5/11-21/11
5/11-7/11
8/11-21/11

8/11-6/12
Nguyễn Thành 8/11-18/11
Đức &
Nguyễn Hoài
Nam

Huỳnh Xuân
19/11-6/12
Tâm
&
Nguyễn Thành
Đức
Page 6


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng

4

5

6

7

8

─Code demo chƣơng trình test thử board mạch vi
điều khiển :
 Chƣơng trình led sáng nhấp nháy.
 Chƣơng trình khi ấn ngắt ngoài thì làm
cho led đang sáng thì tắt và ngƣợc lại.
Khối động cơ
Tìm hiểu về IC L298N điều khiển động cơ :
nguyên tắc hoạt động,công dụng các chân
Tìm hiểu về động cơ DC

Thiết kế sơ đồ vật lý khối động cơ.
Kết nối khối vi điều khiển,khối nguồn với khối
động cơ.
Code demo điều khiển động cơ :
 Động cơ quay thuận nếu ấn ngắt thì quay
ngƣợc,và ấn ngắt tiếp thì quay thuận.
 Động cơ nếu có ấn ngắt thì quay chậm
hẳn,ấn ngắt tiếp thì quay nhanh lại.
Khối cảm biến (sensor)
─Tìm hiểu led thu,phát hồng ngoại,IC khếch đại
LM324.
Thiết kế bộ cảm biến với 8 cặp led thu-phát
hồng ngoại.
Kết nối các khối mạch lại hoàn chỉnh
Code demo test mạch xe :
 Sensor sáng bên nào,động cơ bên đó quay.
Hoàn thiện xe
─Xây dựng khung xe.(Nguyễn Thành Đức)
Xây dựng đƣờng đi.(Phan Thanh Hƣng)
Code hoàn chỉnh.(Nguyễn Hoài Nam)
Chỉnh sửa,khắc phục các sự cố.(Huỳnh Xuân
Tâm)
Viết báo cáo

Phan Thanh
Hƣng
&
Nguyễn Hoài
Nam


19/11-6/12

7/12-3/1
Nguyễn Thành 7/12-3/1
Đức
&
Huỳnh Xuân
Tâm
Nguyễn Hoài
Nam
&
Phan Thanh
Hƣng

7/12-3/1

4/1-10/1
Nguyễn Hoài
Nam &
Phan Thanh
Hƣng
11/1-12/1
Nguyễn Hoài
Nam
13/1-17/1
Cả nhóm

Có sự liên hệ
giữa các thành
viên trong

nhóm

6/2-13/2

2.Xác định mục tiêu và giới hạn :
2.1.Mục tiêu :
 Hệ thống điều khiển phải có khối nguồn cung cấp ổn định.
 Hệ thống có thể nhận đƣợc các tín hiệu báo nhận đƣờng đi.
 Hệ thống có khả năng điều khiển động cơ tốt,linh hoạt.
GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Page 7


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng
 Khối xử lý trung tâm(khối điều khiển) hoạt động tốt,phối hợp các
khối khác hoạt động đồng thời và ổn định trong toàn bộ quá trình hoạt động.
 Có hƣớng phát triển sau này nhƣ cải tiến thành 1 robot thông minh
hơn nữa.
 Chất lƣợng sản phẩm : kết cấu cơ khí đẹp,chạy ổn định.
 Hoàn thành đúng thời hạn.
2.2.Giới hạn :
 Tốc độ chƣa cao.
 Thỉnh thoảng bị trƣợt khỏi đƣờng khi chạy nhanh,khi bẻ cua.

3.Hiện thực đề tài :
3.1.Khối nguồn :
Trong khối nguồn,nhóm sử dụng pin khô 9V.Tuy nhiên,vi điều khiên
Atmega8 chỉ hoạt động đƣợc ở điện áp 4.5V-5.5V.Do đó,nhóm tạo ra nguồn
5V để cung cấp cho hệ thống điều khiển,và các khối mạch khác.

Trƣớc hết,ta xét thử một mạch ổn áp dùng Diode Zener:

Hình 1: mạch ổn áp dùng Diode Zener.
Mạch ổn áp tạo áp 33V cố định cung cấp cho mạch dò kênh trong Ti
vi mầu :
 Từ nguồn 110V không cố định thông qua điện trở hạn dòng R1 và
gim trên Dz 33V để lấy ra một điện áp cố định cung cấp cho mạch dò
kênh

GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Page 8


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng
Khi thiết kế một mạch ổn áp nhƣ trên ta cần tính toán điện trở hạn
dòng sao cho dòng điện ngƣợc cực đại qua Dz phải nhỏ hơn dòng mà
Dz chịu đƣợc, dòng cực đại qua Dz là khi dòng qua R2 = 0
 Nhƣ sơ đồ trên thì dòng cực đại qua Dz bằng sụt áp trên R1 chia cho
giá trị R1 , gọi dòng điện này là I1 ta có
I1 = (110 - 33 ) / 7500 = 77 / 7500 ~ 10mA
Thông thƣờng ta nên để dòng ngƣợc qua Dz ≤ 25 mA.
Mạch ổn áp dùng Diode Zener nhƣ trên có ƣu điểm là đơn giản nhƣng
nhƣợc điểm là cho dòng điện nhỏ ( ≤ 20mA ) . Để có thể tạo ra một điện áp
cố định nhƣng cho dòng điện mạnh hơn nhiều lần ngƣời ta mắc thêm
Transistor để khuyếch đại về dòng nhƣ sơ đồ dƣới đây.


Hình 2 : Mạch ổn áp dùng Transistor.
Ở mạch trên điện áp tại điểm A có thể thay đổi và còn gợn nhƣng điện

áp tại điểm B không thay đổi và tƣơng đối phẳng.
Hình trên là cách phân cực bằng nguồn điện chung cho Transistor.
Ta có : VCC= VBB + VBE + VEE
Do đó, ta có nguyên lý ổn áp nhƣ sau : Thông qua điện trở R1 và Dz
gim cố định điện áp chân B của Transistor Q1, giả sử khi điện áp chân E
đèn Q1 giảm => khi đó điện áp VBE tăng => dòng qua đèn Q1 tăng => làm
điện áp chân E của đèn tăng , và ngƣợc lại ...

GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Page 9


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng

Hình 3 : IC ổn áp LM7805 tạo nguồn 5V.
Sơ đồ vật lý của nhóm :

Hình 4: sơ đồ vật lý khối nguồn chuyển đổi 5V.
Bao gồm chân cắm nguồn 9V,4 diode tạo một mạch chỉnh lƣu cả chu
kỳ,IC LM7805 chuyển sang nguồn 5V,các loại tụ lọc,1 đèn Led báo hiệu và
điện trở hạn dòng cho đèn Led.
Lắp mạch chỉnh lƣu : mạch chỉnh lƣu có tác dụng chuyển nguồn xoay
chiều sang 1 chiều.Do đó,ta ko cần quan tâm tới việc cực âm và cực dƣơng
của nguồn khi lắp vào chân cắm.
Thông qua mạch chỉnh lƣu ta thu đƣợc nguồn 1 chiều nhấp nhô thì tụ
1000μF có tác dụng làm phẳng nguồn 1 chiều,tụ này có điện dung càng lớn
thì điện áp ở đầu ra càng bằng phẳng,thông thƣờng có trị số khoảng vài trăm
đến vài ngàn μF.Hai tụ còn lại ở 2 đầu của IC LM7805 có tác dụng lọc nhiễu
cho IC này.Theo datasheet,ta có : CIN =0.33μF,COUT = 0.1μF và IOUT tối đa

chịu đƣợc là 500mA.Do thị trƣờng không có tụ 0.33μF nên nhóm gắn luôn
tụ 0,1μF,điều này cũng không ảnh hƣởng bao nhiêu.
Với đèn báo hiệu,nhóm sử dụng Led siêu sáng trắng 2-3V..Nhóm đo
đƣợc Led có áp 2.8V.
GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Page 10


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng
Ta có dòng qua Led thƣờng từ 5-20mA.Ở đây,nhóm muốn đèn sáng với
I=5mA,khi đó ta có công thức tính cho điện trở nhƣ sau:
R=(5-2.8)/0.005=440Ω.
Do thị trƣờng không bán loại này nên nhóm dùng loại 330Ω,ta đƣợc dòng
gần 6,6mA đủ sáng cho Led.
3.2.Khối vi điều khiển :
Sơ đồ vật lý của nhóm :

Hình 5 : sơ đồ vật lý khối vi điều khiển.
GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Page 11


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng
*Giải thích sơ đồ :
 Vi điều khiển Atmega8 có hỗ trợ 2 chân PWM(PB1 và PB2) đƣợc
dùng điều chế xung để điều khiển động cơ.Đồng thời có bộ nhớ flash,công
nghệ nạp ISP (In System Programming) tức là nạp mà không cần tháo chip
ra khỏi mạch, giúp việc lập trình và test rất thuận tiện.

 Chân AREF và chân AVCC dùng cho bộ chuyển đổi ADC(nhóm
không sử dụng).Trong đó:
o AVCC là nguồn cho bộ ADC hoạt động đƣợc mắc trực tiếp tới
nguồn 5V.
o AREF là điện áp tham chiếu (điện áp chuẩn) để ADC so
sánh,nếu đƣợc dùng để làm điện áp tham chiếu nội thì cần
chống nhiễu nó bằng cách nối thêm tới tụ 104 rối nối đất.
 Led đƣợc mắc thêm để báo hiệu mạch đƣợc nạp thành công,hoặc
dùng để test động cơ trong quá trình thực hiện.Led đƣợc mắc thêm điện trở
330Ω để hạn dòng.
 Bus 5x2 dùng để nạp ISP với các vị trí đƣợc mắc phù hợp với
chuẩn cho mạch nạp USB AVR910,chuyên dụng cho họ AVR.
 Mạch dao động sử dụng thạch anh 12Mhz,nhƣ vậy khi dùng Timer
sẽ có tần số f=12/12=1Mhz  chu kỳ T=1/1*106=10-6s=1μs.Tiện cho việc
tính toán và lập trình.Tuy nhiên có hạn chế là không thể truyền thông với
máy tính qua cổng COM(đòi hỏi thạch anh 11.0592Mhz).Thạch anh này
đƣợc nối đất với tụ gốm 22pF để chống nhiễu.
 Mạch sử dụng SW tạo ngắt,đƣợc nối tới chân INT1 và INT2 đƣợc
mắc nhƣ trên là hợp lí :
o Trên mô phòng,thông thƣờng các chân INT này ta mắc nhƣ sau:

Hình 6 : 1 ví dụ về cách mắc công tắc.
o Khi ấn SW thì VDK đƣợc nối tới đất,lúc đó VDK có thể đọc
giá trị 0.Tuy nhiên,lúc nút nhấn đƣợc thả ra,chúng ta thấy rằng
ngõ vào của VDK chẳng đƣợc nối tới một linh kiện nào cả,vậy
là điện áp ở chân của VDK sẽ trôi nổi không xác định.Nếu
không may mắn,điện áp trôi nổi này rơi vào vùng logic 0,rồi lại
nhảy sang vùng logic 1…thì rõ ràng chúng ta không thể xác
định đƣợc nút bấm có đƣợc bấm hay không?!!!
GVHD : Ths.Lâm Đức Khải


Page 12


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng
o Vì vậy,để đảm bảo,nếu khi không bấm nút SW,VDK phải có
điện áp tham khảo là 5V(chip Atmega chịu đƣợc nguồn 4,5V5,5V và 20mA),sau khi bấm nút thì điện áp sẽ giảm xuống 0V:

Hình 7 : cách mắc công tắc tránh bị điện áp trôi nổi.
o Tuy nhiên,nếu ấn nút bấm,thì sẽ gây ra ngắn mạch,vì R=0,
I= ∞.Do đó ta cần phải đƣa thêm vào một điện trở giữa đất ,nút
bấm và nguồn.Vấn đề đặt ra là điện trở đó sẽ đƣợc đặt ở đâu,và
giá trị của nó là bao nhiểu?Khi đó ta có 2 cách mắc sau :

Hình 8: 2 cách mắc công tắc tránh ngắn mạch.
- Ta có I=U/R,nếu mắc trở R=10k,ta có:I=5V/10k=0.5mA.
- Thiết kế này đảm bảo cho hoạt động của VDK đƣợc an
toàn.Ta có thể thay R=1k thu đƣợc I=5mA vẫn phù hợp.
- Cách mắc 1,ấn nút thì chân VDK đƣợc nối tới đất.
- Cách mắc 2,không có hiện tƣợng trôi nổi điện áp.
o Khi ấn thả SW,sẽ có hiện tƣợng rung,khoảng thời gian rung
VDK khó có thể nhận biết nút bấm đang ở trạng thái ấn hay
không,để đảm bảo khi ấn nút mà VDK luôn nhận biết đƣợc,ta
nối song song với nút ấn một tụ hóa(tụ phân cực).Khi vừa ấn
nút,điện áp đƣợc nạp cho tụ,ở khoảng thời gian rung,lúc VDK
không nhận đƣợc trạng thái ấn SW thì tụ xả điện áp tạo trạng
thái nhƣ ấn nút.Tuy nhiên,dùng loại tụ có giá trị bao nhiêu cho
vừa đủ ?!!!
GVHD : Ths.Lâm Đức Khải


Page 13


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng
- Khi tụ nạp điện,ta có : Vc(t)=VDC(1-e-t/T).
t: thời gian tụ nạp (s),T=RC là hằng số thời gian(s),ở đây
không có mắc R nên ta chỉ xét giá trị C.
Để Vc càng tiến gần về VDC 1/et/T >>0 et/T>>∞
T>>0C>>0.
Tụ có giá trị càng nhỏ thì nạp càng nhanh.
- Khi tụ xả điện,ta có :Vc(t)=VDC*e-t/T.
Để Vc càng tiến gần về VDC 1/et/T >>1 et/T>>1
t/T>>0T>>∞C>>∞.
Tụ có giá trị càng lớn thì xả càng nhiều.
 -Tụ có giá trị càng lớn thì nạp càng lâu và xả càng
nhiều.
-Tụ có giá trị càng nhỏ thì nạp càng nhanh và xả
càng ít.
- Dựa vào cách tính trên,và ta thấy khoảng thời gian nhấn
nút SW xảy ra rất ngắn nên ta cần loại tụ nạp nhanh,do
đó chọn loại tụ có trị số nhỏ,tụ hóa có trị số từ 1μF10000μF.Do đó,ta chọn tụ hóa 1μF (có thể chọn cao
hơn,chẳng hạn nhƣ 10μF).
3.3.Khối động cơ :
Sơ đồ vật lý :

Hình 9 : Sơ đồ vật lý khối động cơ .
GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Page 14



Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng
*Giải thích sơ đồ vật lý :
 IC L298N bên trong tích hợp hai mạch cầu H,mỗi mạch cầu H gồm 4
cổng AND và 2 Tranzito. Sơ đồ khối bên trong của nó nhƣ sau(Hình
10) :

 Mỗi mạch cầu H đƣợc điều khiển bởi 2 tín hiệu Input và 1 tín hiệu
Enable .Ví dụ với mạch cầu H điều khiển Out1 và Out2 cho động
cơ 1(bánh trái ) đƣợc điều khiển bởi 3 tín hiệu In1,In2,EnA
(In1,In2,EnA đƣợc xuất từ vi điều khiển,EnA=5V).
Ta có mối quan hệ giữa các tín hiệu này nhƣ sau :
Out1
Out2
In1
In2
EnA
0 VDC
0 VDC
0
0
1
0 VDC
12 VDC
0
1
1
12 VDC
0 VDC
1

0
1
12 VDC
12 VDC
1
1
1
Treo
Treo
X
x
0
Khi có độ chênh áp giữa Out1 và Out2 thì động cơ quay.Nếu
In1In2=01 thì tiến tới,và In1In2=10 thì lùi.
Tƣơng tự cho mạch cầu H thứ 2 chịu điều khiển bởi In3,In4 xuất
tín hiệu Out3,Ou4 điều khiển động cơ 2(bánh phải).
GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Page 15


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng
 Cung cấp nguồn Vcc=5V cho IC hoạt động,và cấp nguồn Vs=12V
cho động cơ hoạt động.
 Mỗi mạch cầu H bao gồm 1 đƣờng nguồn Vs(thật ra là đƣờng chung
cho 2 mạch cầu),một chân current sensing(cảm biến dòng) ở phần
cuối của mạch cầu(ta có 2 chân SENA và SENB cho 2 mạch
cầu),chân này không đƣợc nối đất mà bỏ trống để ngƣời dùng nối 1
điện trở gọi là sensing resistor,mục đích để ổn định dòng,nó là điện
trở công suất có giá trị cỡ nhỏ,thƣờng từ 0,5-2ohm,2W(theo

datasheet),khi bộ chuyển mạch trong L298N dẫn,nó ở trạng thái bão
hòa mạnh,dòng qua gần nhƣ là maximum,do đó khả năng hút dòng rất
lớn  dễ sụt nguồn nếu không có điện trở này.
 Tụ C1 là tụ lọc nhiễu cho L298N,thƣơng là tụ 0.1uF,tụ C2 và C4 là tụ
lọc nguồn ,giúp nguồn cấp 12V đƣợc phẳng,ổn định hơn.
 Khi đảo chiều động cơ hay ngừng động cơ,lúc này động cơ giống nhƣ
1 cái máy phát điện nhỏ.Nó phát sinh dòng điện ngƣợc có thể có giá
trị rất lớn,về lý thuyết L298N chịu đƣợc 4A,nhƣng nếu là 2A thì IC đã
rất nóng,nếu dòng phát sinh đạt ngƣỡng này chảy ngƣợc về IC thì rất
dễ gây hỏng IC.Chính vì vậy một mạch diode cầu đi theo để bảo vệ
chip.mấy con diode này dùng để ngăn dòng ngƣợc khi động cơ đảo
chiều hay ngừng không cho dòng này quay ngƣợc trở lại làm cháy IC .
Nhóm dùng diode 1N5399,2A.
3.4.Khối cảm biến :
Đƣờng đi của xe đƣợc vẽ bằng vạch đen nằm trên nền trắng.Để nhận
ra đƣợc đƣờng đi,nhóm sử dụng các cặp led thu phát hồng ngoại đặt gần
nhau.Led phát hồng ngoại không phát ra ánh sáng mà phát ra cƣờng độ,led
thu có điện trở phụ thuộc vào có nhận đƣợc cƣờng độ hồng ngoại phản xạ lại
từ đƣờng đi hay không.

Hình 11 : sự phản xạ ánh sáng của led phát trên nền trắng và đen.
GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Page 16


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng
Sơ đồ của 1 cặp thu phát hồng ngoại (Hình 12):

 L1 là đèn phát hồng ngoại có dải điện áp ??(chƣa test lại)

R1
 Led thu đƣợc mắc ngƣợc.Việc tính toán R2 ở đây sao cho độ
chênh lệch của Vs khi có và không có ánh sáng là lớn nhất.(Vs
là điện áp rơi trên R2).
- Giả sử điện trở của Led thu khi có ánh sáng là Rmin,và
khi không có ánh sáng là Rmax.
- Tƣơng ứng có điện áp khi có ánh sáng là
Vs=I*R2=Vcc*R2/(R2+Rmin)
Và khi không có ánh sáng là Vs=Vcc*R2/(R2+Rmax)
 Độ chênh lệch điện áp :
Delta= |Vcc*R2/(R2+Rmax) - Vcc*R2/(R2+Rmin)|
Khảo sát hàm
y(R2)= |Vcc*R2/(R2+Rmax) - Vcc*R2/(R2+Rmin)|.Tìm R2
sao cho hàm y(R2) đạt cực đại.
Tính toán đơn thuần ta có công thức R2=sqrt(Rmin*Rmax).
Với Led thu,theo tính toán thực nghiệm của các nhóm
nghiên cứu trƣớc đã làm thì khi không có ánh sáng,điện trở
của led thu cỡ 100k; khi có ánh sáng thì giảm xuống còn 1k
R2=sqrt(1*100)=10k
Với sơ đồ trên,theo lý thuyết :
+Khi không có ánh sáng(gặp vạch đen) : Vs=5*10/(10+100)=0.45V
+Khi có ánh sáng(vạch trắng) : Vs=5*10/(10+1)=4.54V
Tuy nhiên,trong quá trình chạy thực nghiệm,tùy khoảng cách giữa led
thu và led phát,và khoảng cách giữa cảm biến và mặt đƣờng mà cho giá trí

GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Page 17



Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng
Vs khác nhau khi có ánh sáng.Với kết quả thực nghiệm của nhóm,khi có ánh
sáng nhóm đo đƣợc Vs xấp xỉ 1,6V,và khi không có ánh sáng là xấp xỉ 0V.
Điện áp 1,6V là rất thấp,không thể đƣa vào vi điều khiển để hoạt động
đƣợc,do đó cần phải đƣợc khếch đại.Điện áp Vs đƣợc so sánh với điện áp
Vref đƣợc tinh chỉnh theo cách mắc sau(Hình 13) :

Vref
Vs

Vref đƣợc tinh chỉnh ở điện áp 1V
Cơ chế hoạt động của mạch so sánh :
- Khi có ánh sáng : Vs=1,6V>Vref => Output =5V
- Khi không có ánh sáng : Vs=0V<Vref => Output=0V
Nhóm sử dụng 8 cặp led thu-phát.Do đó cần tới 8 bộ so sánh.Nhóm sử
dụng 2 IC LM324.Mỗi IC LM324 chứa 4 bộ so sánh.Với sơ đồ chân nhƣ sau
(Hình 14) :

IC LM324 với nguồn nuôi 5V thì chỉ cho Output cao nhất 3.7V,do
điện áp rơi trên các van chuyển mạch,các điện trở bên trong nó.Nhóm đo
đƣợc xấp xỉ 3,6V.Tuy nhiên,điện áp này đủ để vi điều khiển hiểu đƣợc là
GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Page 18


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng
mức logic 1.Qua đó có thể kiểm tra các trạng thái của cảm biến để điều
khiển động cơ đi đúng hƣớng.
Ngoài ra,nhóm còn sử dụng 8 đèn led báo hiệu cho 8 cặp led thu-phát

để dễ dàng nhận biết đƣợc trạng thái cảm biến gặp vạch đen hay vạch trắng.
Nhóm sử dụng đèn đỏ 1,4V-1,8V.Nhóm đo đƣợc 1,8V,và muốn dòng 15mA
.Do đó ta có :
R=(5-1,8)/0.015=213 ,xấp xỉ 220
Khi gặp vạch đen,Output(của bộ so sánh)=0  có sự chênh áp đèn
Led sáng.
Khi gặp vạch trắng,Output=3,6V  sự chênh áp rất thấp đèn Led
tắt .
Sơ đồ nguyên lý : gồm 2 mạch

Hình 15 : mạch dò đƣờng gồm các cặp led thu – phát.

GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Page 19


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng

Hình 16 : mạch so sánh ,khếch đại.
Trên mạch này,4 đèn bên trái dùng đèn đỏ báo hiệu,4 đèn bên phải
dùng đèn vàng báo hiệu (đèn vàng có V=2V T=(5-2)/220=13,6mA).
Xét từ trái qua,đèn báo hiệu đƣợc đánh số từ 1-8.Các trƣờng hợp cảm
biến dò đƣờng (bắt vạch đen):
 Phạm vi đèn 4-5 : đi thẳng.
 Phạm vi đèn 1-5 : lệch trái  quẹo trái.
 Phạm vi đèn 4-8: lệch phải  quẹo phải.

GVHD : Ths.Lâm Đức Khải


Page 20


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng
*Lƣu đồ giải thuật(Hình 17) :
KHỞI TẠO
GIỚI THIỆU

DÒ ĐƢỜNG

NO

YES
LỆCH

Đi thẳng

Cua trái
Or Cua phải

4.Tài liệu tham khảo :
1.Bài giảng vi xử lý – vi điều khiển-Thầy Nguyễn Minh Sơn.
2.Một số trang web tham khảo :
-

www.hocavr.com
www.dientuvietnam.net
www.dieukhien.net
www.micromouse.tk


5.Phụ lục:
5.1.Hình ảnh các khối và sản phẩm hoàn chỉnh :
*Khối nguồn và khối vi xử lý cùng nằm trên một board(Hình 18)

GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Page 21


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng

*Khối động cơ (Hình 19):

GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Page 22


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng
*Khối cảm biến gồm 2 phần :
+Bộ dò đƣờng (Hình 20):

*Bộ khếch đại tín hiệu từ bộ dò đƣờng(Hình 21):

GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Page 23


Đồ án môn học 1 : Thiết kế xe dò đƣờng

*Sản phẩm hoàn chỉnh (Hình 22):

*Đƣờng đua (Hình 23):

GVHD : Ths.Lâm Đức Khải

Page 24