TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÀI TẬP LỚN
NHẬP MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
ĐỀ TÀI XE TỰ HÀNH TRÁNH CHƯỚNG NGẠI VẬT
Thực hiện: Nhóm 3 – KSTN ĐTVT K59
Ngô Hoàng Đức Anh
Bùi Văn Bao
Đinh Tôn Thép
Bùi Đức Tường
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Phạm Ngọc Nam

Hà Nội, tháng 12 năm 2016
1


NỘI DUNG
Lời mở đầu ................................................................ 7
1.Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................7
2.Mục đích của đề tài ......................................................................................................7
3.Ứng dụng của đề tài ....................................................................................................7

Phần 1. Giới thiệu ý tưởng ....................................... 8
1.Xác định ý tưởng ..........................................................................................................8
2.Ứng dụng sản phẩm ....................................................................................................8

Phần 2. Mô tả sản phẩm........................................... 9
2.1. Yêu cầu chức năng ..................................................................................................9
2.2. Yêu cầu phi chức năng: ...................................................................................... 11

Phần 3. Kế hoạch thực hiện ................................... 12
3.1. Bảng đánh giá nguồn nhân lực ....................................................................... 12
3.2. Bảng thiết lập kế hoạch...................................................................................... 13

Phần 4. Thiết kế theo sơ đồ khối ........................... 17
4.1. Sơ đồ khối ................................................................................................................ 17
4.2. Nguyên lý hoạt động ........................................................................................... 17

Phần 5. Thiết kế chi tiết các khối .......................... 18
Lựa chọn phương án tối ưu ................................... 18
5.1. Khối vi điều khiển ............................................................................................... 18
5.1.1. Lưa chọn phương án tối ưu............................................................................................ 18
2


5.1.2. Khối vi điều khiển sử dụng Arduino ............................................................................... 20

5.2. Khối nguồn .............................................................................................................. 22
5.3 Khối cảm biến ......................................................................................................... 23
5.3.1 Lựa chọn phương án tối ưu ............................................................................ 23
5.3.2 Cảm biến siêu âm SRF05 .................................................................................. 24
5.4. Khối điều khiển động cơ................................................................................... 26
5.5. Khối động cơ........................................................................................................... 28
5.5.1. Động cơ DC .................................................................................................................... 28
5.5.2. Động cơ SERVO............................................................................................................... 28

Phần 6. Mô phỏng ................................................... 31
Phần 7. Chế tạo ....................................................... 32
7.1. Viết code cho khối điều khiển ......................................................................... 32
7.2. Lắp ráp ...................................................................................................................... 41

7.2.1. Các linh kiện .................................................................................................................. 41
7.2.2. Lắp ráp mạch và kiểm tra .............................................................................................. 42

Phần 8. Bàn giao, Bảo hành và Bảo dưỡng .......... 43
8.1 Bàn giao ..................................................................................................................... 43
8.2 Bảo hành ................................................................................................................... 43
8.3 Bảo dưỡng ................................................................................................................ 43

Kết luận ................................................................... 44
Tài liệu tham khảo .................................................. 45

3


Danh Mục Hình Ảnh
Hình 1:Robot tự hành tránh vật cản ........................................................................8
Hình 2: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển xe tự hành tránh vật cản ...............17
Hình 3: 1Mạch sử dụng PIC .....................................................................................18
Hình 4: Arduino .......................................................................................................18
Hình 5: Arduino Uno R3 ..........................................................................................20
Hình 6: Pin Li-ion 3.7V dòng 840mAh ...................................................................22
Hình 7: Cảm biến Sharp GP2D12 ............................................................................23
Hình 8: Cảm biến SRF05..........................................................................................23
Hình 9: Cảm biến siêu âm SRF05............................................................................24
Hình 10: Biểu đồ thời gian của SRF05 ...................................................................26
Hình 11: Module L298 .............................................................................................26
Hình 12: Động cơ servo ...........................................................................................29
Hình 13: Mô phỏng ..................................................................................................31
Hình 14: Sơ đồ quy trình lắp ráp và kiểm tra ........................................................42


4


Danh Mục Bảng Biểu
Bảng 1: Đánh giá nguồn nhân lực ........................................................................................... 12
Bảng 2: Bảng kế hoạch Network Diagram .......................................................................... 13
Bảng 3: Bảng Gantt Chart của kế hoạch dự án .................................................................. 14
Bảng 4: So sánh mạch sử dụng PIC/AVR với Arduino................................................... 18
Bảng 5: Thông số kĩ thuật Arduino Uno R3 ........................................................................ 20
Bảng 6: Đánh giá thông số của các cảm biến ..................................................................... 24

5


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
Hà Nội, tháng

năm 2016

Chữ ký giảng viên

6


Lời mở đầu
1.Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay tin học đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ứng
dụng của nền kinh tế trong mỗi quốc gia. Một trong những ứng dụng được sử
dụng gần đây nhất đó là ứng dụng công nghệ thông tin vào công nghệ chế tạo
và điều khiển robot thông minh.
Xu thế phát triển hiện nay trên thế giới khoa học và công nghệ luôn có những
thay đổi mạnh mẽ. Nền kinh tế tri thức cùng với công nghệ thông tin đã góp
phần quan trọng vào việc nâng cao chất lượng cuộc sống của con người. Trong
nền kinh tế tri thức sự phát triển của xã hội không thể tách khỏi sự phát triển
của công nghệ thông tin và đặc biệt là sự phát triển của tin học, ngành khoa học
công nghệ mới tạo ra các sản phẩm robot và nghiên cứu ứng dụng chính hình
thành trong những thập kỷ gần đây được gọi là Robotics.


2.Mục đích của đề tài
Mục đính của đề tài là áp dụng công nghệ thông tin vào công việc “Xây dựng 1
xe tự hành có khả năng tự tránh vật cản, đồng thời có chế độ hoạt động dưới sự
điều khiển từ xa”.

3.Ứng dụng của đề tài
Đem đến một thiết bị thông minh, có khả năng tránh chướng ngại vật.
Trở thành một dụng cụ có thể thay thế con người làm những việc ở những môi
trường khó khăn.
Mong muốn áp dụng trong cuộc sống thực tiễn ở các loại ô tô, xe máy, phương
tiện đi lại….
7


Phần 1. Giới thiệu ý tưởng
1.Xác định ý tưởng
 Xuất phát từ ý tưởng về một tương lai không xa, nơi những chiếc xe

thông minh có khả năng tự điều khiển sẽ được đưa vào sử dụng rộng rãi,
chúng em đã tìm ra ý tưởng cho project của mình.
 Để biến những chiếc xe bình thường trở thành những chiếc xe thông

minh có khả năng đem lại an toàn cho người lái, chúng phải có khả năng
phát hiện và tránh chướng ngại vật.
 Bên cạnh việc đem lại an toàn cho người sử dụng trên đường phố, những

chiếc xe với những động cơ “thông minh”có khả năng tự tránh chướng
ngại vật cũng có thể đem lại những ứng dụng to lớn trong ngành công
nghiệp, giúp cho con người trong những việc nặng nhọc, khó khăn.
2.Ứng dụng sản phẩm

 Những con robot thông minh có khả năng phát hiện và tránh chướng

ngại vật.
 Có thể được ứng dụng vào việc phát minh những chiếc xe máy, ô tô tự

hành trên đường.
 Có thể thay con người làm những việc nặng nhọc như phát hiện nguy

hiểm, bẫy….

Hình 1:Robot tự hành tránh vật cản
8


Phần 2. Mô tả sản phẩm
2.1. Yêu cầu chức năng
 Robot tự động có thể phát hiện chướng ngại vật trên đường đi bằng cảm

biến và đổi hướng để tránh va chạm.
 Hoạt động của robot:

 Kí hiệu:
 Sp1: tốc độ bánh trái (cm/s)
 Sp2: tốc độ bánh phải (cm/s)
 L1: khoảng cách từ vật cản đến cảm biến trước (cm)
 L2: khoảng cách từ vật cản đến cảm biến trái (cm)
 L3: khoảng cách từ vật cản đến cảm biến phải (cm)
 Hoạt động: Khi bật công tắc robot chạy thẳng Sp1=Sp2=10
 Nếu L1>15 : Sp1=Sp1=10
 Nếu L1<15:

+L2<15 và L3>15: Sp1=10, Sp2=0, t=1s (rẽ phải 90o)

Hình a
+L2>15 và L3<15: Sp1=0, Sp1=10, t=1s (rẽ trái 90o)

9


Hình b
+L2>15 và L3>15: Sp1=10, Sp2=0, t=1s (ưu tiên rẽ phải 90o)

Hình c
+L2<15 và L3<15: Sp1=10, Sp2=0, t=2s (quay phải 180o)

Hình d
10


2.2. Yêu cầu phi chức năng:
 Chi phí 600k.
 Thời gian thực hiện: 4 tuần.
 Thời gian bảo hành: 1 tháng.
 Môi trường hoạt động:


Bề mặt phẳng có nhiều chướng ngại vật.



Nhiệt đô : 0-50 độ C




Độ ẩm: 0-80%

 Ngôn ngữ lập trình: C, Assembly.
 Robot sử dụng công tắc để khởi động.
 Hình dáng: tương tự mô hình ô tô, khối hộp.
 Kích thước: nhỏ gọn, 22x12x14 cm, 3 bánh xe.
 Khối lượng: tối đa 2.5kg.
 Nguồn điện: 4 pin AA 1.5v nhỏ gọn, dễ tìm, giá rẻ, có thể chạy liên tục

trong 1h. Sử dụng công tắc để bật tắt.
 Tốc độ trung bình: 10cm/s.
 Độ bền:

 Phần thân robot đảm bảo sự chắc chắn dưới tác dụng lực nén 50N.
 Hoạt đông tốt trong điều kiên môi trường phổ biến .

11


Phần 3. Kế hoạch thực hiện
3.1. Bảng đánh giá nguồn nhân lực
Bảng 1: Đánh giá nguồn nhân lực
STT

Tên

Điểm mạnh


Điểm yếu

Sức

Phương tiện

khỏe

Thời
gian
rảnh

1

Ngô Hoàng

-Sử dụng tốt các

-ít thời gian

Đức Anh

phần mềm

rảnh

Tốt

Office


-Có xe máy

-Chiều

-Có bộ dụng cụ làm

t4,5,6

mạch

-Tiếng anh khá
2

Bùi Văn Bao

-Sử dụng tốt các

-Tiếng anh

PM Altium,

chưa tốt

Tốt

Proteus

-Có xe máy, laptop


-Chiều

-Có bộ dụng cụ làm

t2,t5,t7

mạch

-Có nhiều ý
tưởng sáng tạo
3

4

Đinh Tôn

-Sử dụng

Thép

-Chưa chăm

Tốt

-Có xe máy, laptop

-Các

tốtphần mềm


-Có bộ dụng cụ làm

buổi

Word

mạch

chiều

-Nhiệt tình, tích

ngoài

cực

giờ lên

-Tiếng anh sẽ tốt

lớp

Bùi Đức

-Sử dụng tốt các

-Tiếng anh

Tường


phần mềm

chưa tốt

Tốt

-Có xe máy, máy

-Chiều

tính

t2,4,5,6

Word, Excel,

-Có bộ dụng cụ làm

PowerPoint

mạch

-Hàn mạch tốt

12


3.2. Bảng thiết lập kế hoạch
Bảng 2: Bảng kế hoạch Network Diagram


13


Bảng 3: Bảng Gantt Chart của kế hoạch dự án

14


15


16


Phần 4. Thiết kế theo sơ đồ khối
4.1. Sơ đồ khối
Mạch điện gồm 5 khối được thể hiện trong hình 2:

Hình 2: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển xe tự hành tránh vật cản
4.2. Nguyên lý hoạt động
 B1: Khối nguồn có chức năng cấp nguồn điện đầu vào +5v cho hệ thống.
Đầu tiên, cảm biến(SRF05) tiến hành đo khoảng cách theo 3 hướng bên trái,
bên phải, ở giữa sau đó gửi kết quả đo đạc tới vi điều khiển (Arduino).
 B2: Vi điều khiển căn cứ vào kết quả đo đạc của cảm biến tiến hành xử lý(
căn cứ vào 7 tình huống khác nhau khi sensor phát hiện vật cản, mỗi tình
huống cần có cách xử lý riêng) và ra quyết định cho khối điểu khiển động cơ
điều khiển hoạt động của động cơ 1 hay động cơ 2.

17



Phần 5. Thiết kế chi tiết các khối
Lựa chọn phương án tối ưu
5.1. Khối vi điều khiển
5.1.1. Lưa chọn phương án tối ưu
 Việc lựa cách thiêt kế khối vi điều khiển rất quan trong. Chúng em đưa
ra 2 phương án: mạch sử dụng PIC (Hình 3) và sử dụng Arduino (Hình
4)

Hình 3: Mạch sử dụng PIC

Hình 4: Arduino

Bảng 4: So sánh mạch sử dụng PIC/AVR với Arduino
Tiêu chí

Mạch tự làm sử

Arduino

dụng PIC/AVR
Đặc điểm

-Là mạch do môi

-Là mạch điện tích

(0.2)

người tự thiêt kế


hợp PIC/ AVR với

-Phức tạp

các mạch điện
khác.
-Nhỏ gọn, rất đa
dạng, dễ sử dụng,
đa dạng, trực

18


quan.

5đ

9đ

Chức năng

-Theo mục đích

-Được giới hạn

(0.1)

người thiết kế


sẵn do nhà sản
suất

Yêu cầu kỹ năng

8đ
-Nhiều: vẽ mạch,

6đ
- không cần thiết

(0.2)

hàn mạch, ủi

kê mạch

mạch, kiểm tra,
sửa lỗi
Đối tượng hướng

6đ
-Người có kiến

7đ
-Thích hợp với

đến

thức khá về điện


người chưa có

(0.2)

tử

nhiều kiến thức về
điện tử

7đ
-Nhiều

8đ
-Không

Giá cả (0.1)

5đ
50K-200K

7đ
150K-300K

Điểm trung bình

8đ
5.7đ

6đ

7.0đ

Thời gian thiết kế
(0.1)

 Dựa trên số liệu so sánh bảng 4 chúng em quyết đinh chọn phương án sử

dụng Arduino.

19


5.1.2. Khối vi điều khiển sử dụng Arduino

Hình 5: Arduino Uno R3
 Một vài thông số của Arduino Uno R3

Bảng 5: Thông số kĩ thuật Arduino Uno R3

 Vi điều khiển

 Arduino Uno R3 có thể sử dụng vi điều khiển họ 8bit AVR là
ATmega8, ATmega168, ATmega328. Với board mạch này ta có thể xử
20


lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín
hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ – độ ẩm và
hiển thị lên màn hình LCD,… và còn nhiều ứng dụng hay khác.
 Arduino Uno có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp

nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 620V. Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn, board Arduino sẽ
hỏng.
 Các chân nguồn

 GND: cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino Uno.
 5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.
 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là
50mA.
 Vin: để cấp nguồn ngoài cho Arduino Uno, nối cực dương của nguồn
với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.
 IOREF: Điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể
được đo ở chân này và có thể luôn là 5V. Chú ý vậy bạn không được
lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi nó không phải là chân
cấp nguồn.
 RESET: Khi nhấn nút Reset trên board để Reset vi điều khiển tương
đương với việc chân Reset được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.
 Các chân hoạt động
 Arduino Uno R3 có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Ở
mỗi chân đều có các điện trở pull-up được đặt ngay trong vi điều
khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết
nối), Chức năng của các chân digital:
 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận
(receive – RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với
thiết bị khác thông qua 2 chân này.
 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép xuất ra xung PWM với
độ phân giải 8bit (tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite().
21


Một cách đơn giản, ta có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ

mức 0V đến 5V.
 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài
các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ
liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.
 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam. Khi bấm nút Reset,
ta sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số
13. Khi chân này được sử dụng, LED sẽ sáng.
 Arduino Uno có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín
hiệu 10bit để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với
chân AREF trên board, ta có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử
dụng các chân analog.
 Đặc biệt, Arduino Uno có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao
tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.

5.2. Khối nguồn

Hình 6: Pin Li-ion 3.7V dòng 840mAh
 Thông số chính trong mạch

 Dùng để tạo nguồn điện áp chuẩn +5V dùng mạch nguôn tích hợp
trong Arduino

22


 Hoạt động: đầu vào là nguồn điện 7.4V đưa vào bộ Diod cầù để cho ra
dòng điện 1 chiều.
 Mạch ổn áp: cần cho vi điều khiển vì nếu nguồn cấp cho vi điều khiển
không ổn định thì vi điều khiển sẽ bị treo, không chạy hoặc reset liên
tục và có thể dẫn đến vi điều khiển bị chết.

 Điện áp đầu vào: 7.4V (Lấy từ2 cục pin Li-ion ) điện áp 3.7V có dung
lượng khoảng 840mAh mắc nối tiếp với nhau.
 Điện áp đầu ra: 5V – 1A.

5.3 Khối cảm biến
5.3.1 Lựa chọn phương án tối ưu
 Một trong những phần quan trọng nhất trong robot chính là hệ thống

cảm biến.
 Cảm biến được định nghĩa là hệ thống các giác quan của robot. Robot cần

xác định trạng thái môi trường bên ngoài (như là các vật cản, màu sắc
của các vật,..) để gửi trạng thái môi trường đến bộ xử lý rồi đưa ra các
phản ứng điều khiển robot để đối phó với các sự kiện bên ngoài ấy.
 Chúng em đưa ra 2 phương án lựa chọn là sử dụng cảm biến hồng ngoại

Sharp GP2D12 (Hình 7) và cảm biến siêu âm SRF05 (Hình 8)

Hình 7: Cảm biến Sharp GP2D12

Hình 8: Cảm biến SRF05

23


Bảng 6: Đánh giá thông số của các cảm biến
Tiêu chí

Cảm biến hồng ngoại


Cảm biến siêu âm SRF05

Sharp GP2D12
Khoảng cách đo

10cm-80cm

2-300cm

6đ
4.5V-5.5V

8đ
5V

8đ
30mA

7đ
Nhỏ hơn 2mA

8đ
0.2cm

7đ
0.5cm

8đ
340.000VNĐ


7đ
50.000VNĐ

5đ
6.7đ

8đ
7.5đ

(0.2)
Điện áp
(0.1)
Dòng điện
(0.1)
Độ chính xác
(0.3)
Giá
(0.3)
Điểm trung bình

 Căn cứ vào điểm trung bình của các phương án chúng em quyết định lựa

chọn phương án sử dụng cảm biến siêu âm SRF05
5.3.2 Cảm biến siêu âm SRF05

Hình 9: Cảm biến siêu âm SRF05
24


SRF05 (Hình 9) là linh kiện điện tử thuộc loại cảm biến siêu âm dùng để đo

khoảng cách tới vật cản.
 Thông số kỹ thuật của linh kiện điện tử SRF05.

 Điện áp hoạt động 5V.
 Khoảng cách đo 3cm – 4m.
 Góc đo 450.
 Chức năng chân của SRF05
 Chân Vcc là chân nối nguồn 5V.
 Chân Trigger chân kích hoạt.
 Chân Echo chân phản hổi.
 Chân Out
 Chân GDN chân nối mass (0V)

5.3.2 Nguyên lý đo khoảng cách của cảm biến SRF05
 SRF05 là linh kiện điện tử sử dụng nguyên lý phản xạ của song để đo

khoảng cách.
 Khi muốn đo khoảng cách SFR05 sẽ phát ra 8 xung với tốc độ 40 khz.
 Sau đó SRF05 sẽ đợi xung phản xạ về.
 Từ khoảng thời gian giữa xung đi và xung về ta có thể tính được khoảng

cách từ SRF05 với vật cản.
 Khi bắt đầu đo chân Trigger sẽ được gữi ở mức cao tối thiệu là 10us.
 Sau đó SRF05 sẽ phát ra 8 xung để bắt đầu đo.
 Khi phát xung và chờ xung phản hồi về, chân Echo được kéo lên mức cao,

khi có xung phả xạ về chân Echo sẽ được kéo xuống thấp hoặc sau 30 ms
không có xung phản xạ về chân Echo cũng được kéo xuống thấp.

25