XE TỰ HÀNH CÓ THỂ TRÁNH VẬT
CẢN

1


MỤC LỤ

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ..............................................................................................V
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.......................................................................................VI
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT..................................................................................VII
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI...........................................................................1
CHƯƠNG 2. LÝ THUYẾT LIÊN QUAN.........................................................................2
2.1

ARDUINO UNO............................................................................................................2

2.1.1

Giới thiệu.............................................................................................................2

2.1.2

Sơ đồ chân...........................................................................................................3

2.2

CẢM BIẾN SIÊU ÂM.....................................................................................................4

2.2.1

Cấu tạo.................................................................................................................4

2.2.2

Nguyên lý hoạt động...........................................................................................4

2.3

MẠCH CẦU H..............................................................................................................5

2.3.1

Nguyên lý hoạt động...........................................................................................5

CHƯƠNG 3. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG VÀ LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT...................................7
3.1

SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG...............................................................................................7

3.1.1

Khối nguồn..........................................................................................................7

3.1.2

Khối cảm biến.....................................................................................................7

3.1.3

Khối vi điều khiển...............................................................................................7


3.1.4

Khối động cơ.......................................................................................................7

3.2

LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT...................................................................................................8

CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG, THI CÔNG MẠCH VÀ KẾT LUẬN................................9
4.1

SƠ ĐỒ MẠCH MÔ PHỎNG.............................................................................................9

4.2

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH........................................................................10

4.3

THIẾT KẾ MẠCH IN....................................................................................................11

4.4

KẾT LUẬN.................................................................................................................13

2


4.5


ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.........................................................................13

TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................14
PHỤ LỤC A ........................................................................................................................15

3


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1: Sơ đồ board Arduino Uno[2]......................................................................3
Hình 2.2: Sơ đồ chân ATmega328[3].........................................................................3
Hình 2.3: Cảm biến siêu âm[1]...................................................................................5
Hình 2.4: Mạch cầu H[4]............................................................................................5
Hình 2.5: Module điều khiển động cơ DC L298[4]...................................................6
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống..................................................................................7
Hình 3.2: Lưu đồ giải thuật.......................................................................................8
Hình 4.1: Sơ đồ mạch mô phỏng..............................................................................9
Hình 4.2: Mạch in...................................................................................................11
Hình 4.3: Mô hình thực tế.......................................................................................12

4


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật Arduino Uno...............................................................2

5



DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
I/O: Input/Output.
PWM: Pulse Width Modulation.
DC: Direct Current.
SRAM: Static Random Access Memory.
EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read Only Memory.
KB: Kilo Bytes.

6


ĐỒ ÁN 2
Trang 1/15

CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Robot tự hành là một lĩnh vực thú vị và phát triển nhanh. Các ứng dụng của robot
đang gia tăng với sự tiến bộ của công nghệ.
Khái niệm Robot tự hành đang phát triển nhanh chóng về số lượng, robot tự hành và
sự phức tạp của chúng đang gia tăng với các ứng dụng khác nhau.
Có rất nhiều loại kỹ thuật điều khiển robot tự hành như quy hoạch đường đi, tự định
vị bản đồ…. Robot có khả năng tránh vật cản là một loại robot tự động hành để
tránh va chạm với những trở ngại bất ngờ.
Một số công nghệ xe tự hành của một số hãng danh tiếng trên toàn cầu có thể kể
đến:
+Hãng xe điện Tesla: Với dòng xe Model S.
+Hãng Volvo: Xe tự hành sẽ được tích hợp thêm công nghệ định vị dựa
trên điện toán đám mây.

+Hãng Aero Mobil: Với sản phẩm xe thông minh xe không chỉ tự lái mà
còn có khả năng bay được phát triển dựa trên phiên bản concept vào năm 1990.
Trong đồ án này, một xe tự hành tránh vật cản được thiết kế. Đây là xe được điều
khiển dựa trên Arduino sử dụng cảm biến dò tìm phạm vi siêu âm để tránh va chạm.

Xe Tự Hành Có Thể Tránh Vật Cản

SVTH: Danh Khang


ĐỒ ÁN 2
Trang 2/15

CHƯƠNG 2.

LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

1.1 Arduino Uno
1.1.1 Giới thiệu
Arduino Uno là một bảng mạch điều khiển dựa trên vi điều khiển ATmega 328p
gồm: 14 chân digital I/O, 6 chân (input) analog, thạch anh 16Mhz. Một số thông số
kỹ thuật như sau:
Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật Arduino Uno

Chip
Điện áp nguồn

Atmega328p
5V


Số chân Digital I/O

14 (có 6 chân điều chế độ rộng xung
PWM)

Số chân Analog (Input )

6

DC Current per I/O Pin

40 mA

Flash Memory

32KB (ATmega328)

SRAM

2 KB (ATmega328)

EEPROM

1 KB (ATmega328)

1.1.2 Sơ đồ chân

Xe Tự Hành Có Thể Tránh Vật Cản

SVTH: Danh Khang



ĐỒ ÁN 2
Trang 3/15

Hình 2.1: Sơ đồ board Arduino Uno[2]

Hình 2.2: Sơ đồ chân ATmega328[3]

Xe Tự Hành Có Thể Tránh Vật Cản

SVTH: Danh Khang


ĐỒ ÁN 2
Trang 4/15

1.2 Cảm biến siêu âm
1.1.3 Cấu tạo
Cảm biến siêu âm là module để xác định khoảng cách, sử dụng sóng siêu âm đo
khoảng cách trong vùng hoạt động từ 2cm đến 400cm.
Cảm biến HC-SR04 có bốn chân:
+Vcc: +5V.
+GND: 0V.
+Trigger: OUTPUT , chân phát tín hiệu từ cảm biến.

+Echo: INPUT, chân nhận lại tín hiệu được phản xạ lại từ vật cản.
1.1.4 Nguyên lý hoạt động
Đầu tiên chân Trigger phát xung phát một xung (10us). Sau đó cảm biến siêu âm tạo
ra một xung cao ở chân Echo để đo khoảng thời gian xung cao cho đến khi nhận

được sóng phản xạ ở chân này thì sẽ bắt đầu tính khoảng cách từ cảm biến đến vật
cản. Khoảng cách này được tính như sau:
Khoảng cách = (V*T)/2.
V: vận tốc sóng âm thanh (344 m/s).
T: khoảng thời gian xung lên cao cho đến khi nhận được tín hiệu hồi tiếp về Echo.

Xe Tự Hành Có Thể Tránh Vật Cản

SVTH: Danh Khang


ĐỒ ÁN 2
Trang 5/15

Hình 2.3: Cảm biến siêu âm[1]

1.3 Mạch cầu H
1.1.5 Nguyên lý hoạt động

Hình 2.4: Mạch cầu H[4]

Xe Tự Hành Có Thể Tránh Vật Cản

SVTH: Danh Khang


ĐỒ ÁN 2
Trang 6/15

Giả sử nếu A và B lần lượt được nối với cực dương và cực âm của động cơ ta sẽ có

các trường hợp xảy ra sau đây:
+L1, R2 đóng thì động cơ sẽ quay cùng chiều kim đồng hồ.
+R1, L2 đóng thì động cơ sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ.
+L1, R1, L2, R2 đóng hoặc L1, L2 hoặc R1, R2 động cơ bị ngắn mạch.
+Các trường hợp còn lại động cơ không hoạt động.

Hình 2.5: Module điều khiển động cơ DC L298[4]

Xe Tự Hành Có Thể Tránh Vật Cản

SVTH: Danh Khang


ĐỒ ÁN 2
Trang 7/15

CHƯƠNG 3.

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG VÀ LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT

1.4 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 3.6: Sơ đồ khối hệ thống

1.1.6 Khối nguồn
Cấp nguồn cho khối cảm biến, khối vi điều khiển và khối động cơ.
1.1.7 Khối cảm biến
Nhận thông tin khoảng cách từ cảm biến đến vật cản, sau đó gửi về vi điều khiển xử
lý.
1.1.8 Khối vi điều khiển

Nhận thông tin từ khối cảm biến để điều khiển động cơ.
1.1.9 Khối động cơ
Điều khiển động cơ thực hiện theo lệnh của vi điều khiển.

1.5 Lưu đồ giải thuật

Xe Tự Hành Có Thể Tránh Vật Cản

SVTH: Danh Khang


ĐỒ ÁN 2
Trang 8/15

Hình 3.7: Lưu đồ giải thuật

CHƯƠNG 4.

MÔ PHỎNG, THI CÔNG MẠCH VÀ KẾT LUẬN

1.6 Sơ đồ mạch mô phỏng

Xe Tự Hành Có Thể Tránh Vật Cản

SVTH: Danh Khang


ĐỒ ÁN 2
Trang 9/15


Hình 4.8: Sơ đồ mạch mô phỏng

Xe Tự Hành Có Thể Tránh Vật Cản

SVTH: Danh Khang


ĐỒ ÁN 2
Trang 10/15

1.7 Nguyên lý hoạt động của mạch
-Đầu tiên ta sẽ khởi tạo ba cảm biến siêu âm để lấy dữ liệu khoảng cách vật cản ở
giữa, trái và phải.
-Tiếp theo vi điều khiển sẽ xét cảm biến ở giữa trước, nếu khoảng cách từ cảm biến
đến vật cản lớn hơn ngưỡng cho phép xe được phép chạy thẳng thì xe sẽ chạy
thẳng. Ngược lại ta xét tiếp động cơ bên trái, nếu khoảng cách từ cảm biến đến vật
cản lớn hơn ngưỡng cho phép xe được phép rẽ trái. Ngược lại ta xét tiếp động cơ
bên phải, nếu khoảng cách từ cảm biến đến vật cản lớn hơn ngưỡng cho phép xe
được phép rẽ phải.
-Cuối cùng nếu khoảng cách từ cảm biến đến vật cản bé hơn ngưỡng cho phép xe sẽ
quay lại 1800.
1.8 Thiết kế mạch in

Xe Tự Hành Có Thể Tránh Vật Cản

SVTH: Danh Khang


ĐỒ ÁN 2
Trang 11/15


Hình 4.9: Mạch in

Xe Tự Hành Có Thể Tránh Vật Cản

SVTH: Danh Khang


ĐỒ ÁN 2
Trang 12/15

Hình 4.10: Mô hình thực tế

Qua mô hình thực tế đầu tiên khi cảm biến phía trước lớn hơn 17cm, cảm bên trái
và cảm biến bên phải lớn hơn 5cm xe chạy thẳng. Khi cảm biến phía trước nhận biết

Xe Tự Hành Có Thể Tránh Vật Cản

SVTH: Danh Khang


ĐỒ ÁN 2
Trang 13/15

vật cản phía trước bé hơn 17cm, xe bắt đầu xét lần lượt cảm biến bên trái và bên
phải nếu bên trái hoặc bên phải lớn hơn 5cm xe sẽ rẽ trái hoặc rẽ phải. Tuy nhiên
việc cảm biến và động cơ chạy sẽ gây sai số (khoảng 2-4cm đối với cảm biến) khiến
xe thực hiện chưa đúng so với lý thuyết.
1.9 Kết luận
Qua đồ án này ta rút ra được những ưu điểm và khuyết điểm như sau:

Ưu điểm:
+Mạch khá đơn giản.
+Dễ thi công và lắp đặt.
Khuyết điểm:
+Mạch chưa tối ưu để đáp ứng cho nhiều trường hợp.
+Cảm biến đo kém chính xác với tầm đo xa.
+Không đo được vật cản nếu chiều ngang vật cản nhỏ hơn khoảng cách cảm
biến.
1.10 Ứng dụng và hướng phát triển
Ứng dụng:
Có thể ưng dụng vào các hệ thống mà robot tự thực hiện công việc mà người sử
dụng ít phải tác động hay điều khiển hệ thống thường xuyên.
Chúng ta cũng có thể sử dụng cho các công việc trong nhà như hút bụi tự động….
Sử dụng robot tự hành trong các môi trường nguy hiểm, nơi con người không thể
đặt chân đến.
Hướng phát triển:
Từ xe tự hành tránh vật cản này ta có phát triển thêm một số tính năng cho xe như:
tránh vật cản kết hợp dò line, giao tiếp qua wifi…..

Xe Tự Hành Có Thể Tránh Vật Cản

SVTH: Danh Khang


ĐỒ ÁN 2
Trang 14/15

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]




[2]



[3]

/>
ATmega328-328P_Datasheet.pdf.
[4]

/>
Xe Tự Hành Có Thể Tránh Vật Cản

SVTH: Danh Khang


ĐỒ ÁN 2
Trang 15/15

PHỤ LỤC A

Xe Tự Hành Có Thể Tránh Vật Cản

SVTH: Danh Khang