Đồ án Thiết kế chế tạo robot công nghiệp

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: Thiết kế, chế tạo ROBOT tự động (Tham gia cuộc thi sáng tạo ROBOT Việt Nam2005 do đài THVN tổ chức) LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại công nghiệp hoá , hiện đại hoá đất nước cùng với sự phát triển vượt bậc về công nghệ , nghành điện tử đẫ và đang phát triển và được ứng dụng rộng rãi mang lại hiệu quả cao trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế cũng như trong đời sống xã hội , dặc biẹt là những ứng dụng của kỹ thuật vi điều khiển . Kỹ thuật vi điều khiển với tốc độ phát triển nhanh chóng đã mang đến những thay trong khoa học và công nghệ cũng như trong đời sống hàng ngày . Ngày nay các thiết bị máy móc càng trở nên thông minh hơn , chính xác hơn , các công việc được thực hiện với hiệu quả cao hơn cũng là nhờ một phần vi điều khiển . Kỹ thuật vi điều khiển là kỹ thuật phát triển mạnh trong tương lai , là chìa khoá để tiến tới công nghệ hiện đại . Đối với sinh viên chuyên nghành điện tử đây là một lĩnh vực mới hứa hẹn mở ra nhiều triển vọng Với ưu điểm hơn của vi điều khiển chúng em đã ứng dụng để thực hiện nhiệm vụ chế tạo robot trong cuộc thi sáng tạo robot năm 2005. Với sự giúp đỡ của thầy giáo ( chỉ đạo viên ) cùng các thầy trong khoa Điện - Điện tử đến nay chúng em đã hoàn thành đồ án được giao. Trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót chúng em rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 1 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 2 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- MỤC LỤC Trang PHẦN I. Giới thiệu đề tài 6 Mục tiêu của chế tạo ROBOT. 6 Sân chơi, luật chơi. 6 Ý tưởng thực hiện. 10 Phương hướng giải quyết. 11 PHẦN II.Nội dung 12 Mạch điều khiển Robot 12 Sơ đồ khối của Robot 12 Nguồn cấp cho robot 12 Khối điều khiển . 12 Khối cảm biến . 18 Khối khuếch đại. 20 Khối chấp hành . 33 Chương trình điều khiển . 34 2.1 Đường đi của Robot MPAM1. 34 2.2- Lưu đồ giải thuật. 35 2.2.1 Lưu đồ giải thuật chương trình chính. 35 2.2.2 Lưu đồ giải thuật chương trình dò đường. 36 2.2.3 Lưu đồ giải thuật chương trình 1 . 37 2.2.4 Lưu đồ giải thuật chương trình 2. 38 2.3 Chương trình điều khiển. 39 PHẦN III. Kết luận và kiến nghị. 52 1. Kết luận 2. Kiến nghị. PHẦN IV. Tài liệu tham khảo. 53 PHẦN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1-Mục tiêu: Thiết kế ,chế tạo và lắp giáp mạch điều khiển robot tự động . Viết chương trình điều khiển cho robot theo luật chơi của cuộc thi robocon 2005 do đài truyền hình Việt Nam tổ chức. Lắp giáp hoàn thiện robot. 2-Sân thi đấu và luật chơi 2.1- Sân thi đấu Hình 1: Sân thi đấu (1) Sân thi đấu là một khu vực hình vuông có kích thước là 14.000mm X 14000mm. (2) Mặt sàn sân thi đấu được làm bằng các tấm nhựa Vinyl có độ dày 2mm. Những phần nối trên bề mặt các tấm nhựa có thể được dán bằng băng dính không bóng ( Non-shiny vinyl tape) . (3) Sân thi đấu được bao quanh một rào cản gỗ cao 100mm và dày 30mm. (4) Sân thi đấu bao gồm “ Vùng Robot bằng tay”; “Đài lửa” và “Vùng Robot tự động” và gồm cả “Vùng tháp báo hiệu”. Xem chi tiết bản vẽ sân thi đấu. (5) Vùng tự động a. Vùng tự động là một hình vuông có kích thước 9000mm X 9000mm. b. Vùng tự động được bao quanh bằng rào cản gỗ cao 100mm và dày 30mm. c. “ Khu xuất phát cho máy tự động ” có kích cỡ 1000mm X 1000mm được đặt ở vùng tự động và hai khu xuất phát này của hai đội đối diện nhau. (Xem hình vẽ) d. Chỉ có Robot tự động được hoạt động trong vùng tự động. Đường chỉ dẫn màu trắng rộng 30mm được vạch trên vùng tự động. e. Một khu vực hình bát giác trồi lên có độ cao 100mm nằm ở trung tâm vùng tự động được gọi là “Vùng tháp báo hiệu”. Khu vực này có bốn cạnh dài 2000mm và bốn cạnh kia dài 1414mm. dọc theo hai cạnh dài 2000mm đối diện nhau có hai đường dốc tỷ lệ 1:5 nối phần khu vực sàn cao hơn với phần sàn phía dưới. f. Trong vùng tự động có đặt năm ngọn đuốc. Ngọn đuốc chính cao nhất có độ cao là 1800mm được đặt tại trung tâm của “ Vùng tháp báo hiệu”. Những ngọn đuốc còn lại có độ cao là 1500mm được bố trí xung quanh ngọn đuốc chính. g. Ngọn đuốc là một chiếc khay trong suốt, với phần miệng để trống, được gắn trên đỉnh một chiếc cột đuốc. Ngọn đuốc chính được chia ra các phần bằng nhau với màu đỏ, xanh lục và xanh lam và được gọi là khay năng lượng đỏ, xanh lục, xanh lam tương ứng. Mỗi ngọn đuốc vòng ngoài được chia ra thành hai phần bằng nhau có màu xanh và đỏ và cũng được gọi là khay năng lượng xanh đỏ tương ứng. Riêng ngọn đuốc chính có thể xoay quanh trục của nó trên cột nếu trong cuộc chơi có một lực tác động vào. Các ngọn đuốc khác không xoay được. h. Xem chi tiết cách bố trí tại vùng tự động trên bản vẽ (6) “ Đài lửa ” Bốn đài lửa có đường kính 1200mm được đặt ở bốn góc của vùng tựđộng. Đĩa nhiên liệu có đường kính 600mm được đặt ở trung tâm của đàilửa. Đĩa nhiên liệu có độ cao 100mm so với mặt sàn cùng với một đường bo viền rộng 50mm. Độ sâu của đĩa là 30mm. Một đường dốc rộng 350mm cầu nối cho đĩa và mặt sàn. Xem chi tiết đĩa nhiên liệu ở bản vẽ. (7) Vùng Robot điều khiển bằng tay. a. Vùng Robot điều khiển bằng tay bao quanh vùng Robot tự động và đài lửa. b. Hai kho chứa nhiên liệu dành cho cả hai đội được đặt đối diện nhau tạivùng Robot điều khiển bằng tay, và mỗi kho chứa nhiên liệu này đượcxếp 16 quả bóng nhiên liệu. c. Khu xuất phát của Robot điều khiển bằng tay là một hình vuông có kích thước 1000mm X 1000mm, được đặt ở giữa cạnh của vùng Robot điều khiển bằng tay. Hai khu xuất phát của hai đội được đặt đối diện với nhau. d. Xem bản vẽ để biết thêm chi tiết về vùng dành cho Robot điều khiển bằng tay. 2.2 Các Robot. Mỗi đội tham dự phải chế tạo một hoặc cả hai loại máy điều khiển bằng tay và điều khiển tự động. Không giới hạn về số lượng máy tự động nhưng mỗi đội chỉ được phép chế tạo một Robot điều khiển bằng tay. Robot điều khiển bằng tay. a. Các máy điều khiển bằng tay phải được vận hành thông qua bộ điều khiển từ xa sử dụng dây cáp; hoặc điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại, tia nhìn thấy, sóng âm. Không được sử dụng sóng vô tuyến. Nguời điều khiển không được phép ngồi hoặc cưỡi lên máy điều khiển bằng tay. b. Trong trường hợp sử dụng dây cáp, điểm kết nối giữa máy điều khiển bằng tay và hộp điều khiển phải đặt cách mặt sàn ít nhất là 1000mm. Độ dài của cáp điều khiển tính từ máy cho đến hộp điều khiển không được vượt quá 3000mm. c. Sau khi trận đấu bắt đầu các thành viên đội tuyển không được phép chạm vào Robot điều khiển bằng tay. (2) Các Robot tự động Các máy tự động phải tự động hoàn toàn. Tất cả các phần tách ra từ máy tự động được coi là một máy tự động, nó cũng phải có cơ chế như một máy tự động. Trước khi trận đấu bắt đầu mỗi đội chỉ được chất tối đa là 16 quả bóng nhiên liệu lên máy tự động. Mỗi máy tự động sẽ chỉ được khởi động bằng một thao tác. Máy tự động được phép di chuyển tới bất kỳ vùng nào trên sân, ngoại trừ vùng “đài lửa” và khoảng không phía trên của vùng này. Sau khi trận đấu được bắt đầu, tất cả các máy tự động có thể được khởi động lần lượt nhưng các thao tác khởi động phải kết thúc trong vòng 20 giây, sau đó các thành viên phụ trách việc khởi động máy phải rời sân thi đấu ngay và đứng ngoài rào cản gỗ. Những máy tự động nào không hoàn thành việc khởi động trong thời gian quy định phải để nguyên ở khu xuất phát. Khi máy tự động đã xuất phát các thành viên đội tuyển không được phép chạm vào máy đó . Các Robot tự động của một đội không được phép liên lạc với nhau dưới mọi hình thức. (3) Phương pháp điều khiển. Chỉ một thành viên trong đội được điều khiển Robot bằng tay trong khuvực sân chơi. Đối với các máy tự động mỗi trận đấu mỗi đội chỉ được khởi động lại một lần, sau khi đội đó ra hiệu xin được khởi động lại và được sự chấp thuận của trọng tài. Bất kỳ thành viên nào của đội tuyển cũng có thể được phép khởi động lại bất kỳ máy tự động nào bắt đầu từ khu xuất phát. Tất cả các thao tác khởi động lại cũng phải được hoàn tất trong vòng 20 giây. Sau đó những thành viên phụ trách việc khởi động lại máy phải rời sân thi đấu ngay và đứng ngoài rào cản gỗ. Người vận hành máy tự động chỉ được phép vào sân thi đấu khi thực hiện thao tác khởi động máy, kể cả khi khởi động lại. (4) Nguồn cấp năng lượng a. Mỗi đội phải tự chuẩn bị nguồn cho tất cả các máy trong suốt trận đấu. b. Điện áp của nguồn cấp phải dưới 24VDC. c. Các nguồn cấp mà BTC cho là nguy hiểm hoặc không phù hợp sẽ không được phép sử dụng. (5) Khối lượng a. Tổng khối lượng các máy của mỗi đội không được vượt quá 50kg. b. Tổng khối lượng bao gồm khối lượng của nguồn cấp năng lượng, dây cáp bộ điều khiển và các thành phần khác của Robot (6) Kích cỡ a. Máy tự động phải có kích cỡ sao cho đặt vừa trong khu xuất phát (1000mm X 1000mm X 1500mm). b. Sau khi trận đấu bắt đầu và các máy tự động rời khu xuất phát, chúng có thể tách ra và hình dáng có thể thay đổi tuỳ ý nhưng độ cao của mỗi máy sẽ không được vượt quá 2000mm. c. Máy điều khiển bằng tay phải đặt vừa trong khu xuất phát 1000mm X 1000mm X 1500mm. d. Sau khi trận đấu bắt đầu và máy điều khiển bằng tay rời khu xuất phát nó có thể thay đổi kích cỡ tùy ý nhưng độ cao không vượt quá 1500mm và không được tách rời. 2.3 Các bộ phận khác ( Quả bóng nhiên liệu) (1) Các quả bóng nhiên liệu là mô hình quả bóng rổ thu nhỏ có đường kính là 150mm và cân nặng 150g. (2) áp suất bên trong quả bóng được kiểm soát sao cho bóng ít đàn hồi nhất. Độ nảy của bóng khi thả từ độ cao 1m xuống mặt gỗ cứng không được vượt quá 150mm. (3) Hai đội thi đấu dùng bóng có màu đỏ và xanh đậm. 3- Ý tưởng thiết kế Khi đã nghiên cứu kỹ sân thi đấu và luật chơi cùng các thành viên trong nhóm C2DM đã quyết định thiết kế chế tạo robot này cùng với 2 robot tự động khác và một robot điều khiển bằng tay. Robot này có kết cấu cơ khí bằng nhôm ,có một ngăn đựng 4 quả bóng bỏ bóng vào ngọn đuốc phía phải điểm xuất phát . Robot có hệ thống kéo bóng lên để bỏ bóng vào ngọn đuốc là động cơ và cơ cấu dòng dọc. 4- Phương hướng giải quyết Để robot có thể đi tới ngọn đuốc chúng em đã dựa vào vạch trắng trên sân. Phát hiện vạch trắng nhóm đã sử dụng cảm biến khoảng cách của hãng OMRON . Cảm biến này có ưu điểm không bị nhiễu bởi ánh sáng hồng ngoại, dải điện áp sử dụng rộng (10-30v DC ), xung đầu ra ổn định hoặc 12v hoặc 0v. Hai cảm biến được đặt cách nhau 3cm trên hai miếp của vạch trắng .Một cảm biến khác dùng để đếm vạch nhằm cho robot dừng đúng vị trí bỏ bóng . Để thực hiện việc bỏ bóng chúng em đã kết hợp cả cơ khí và điện . Cơ khí thì lợi dụng lực kéo của động cơ để nhả thanh giữ bóng ,khi đến ngọn đuốc tiếp theo thì dùng xung điện đốt dây giữ bóng. Robot hoạt động được linh hoạt cần có mạch điều khiển động cơ . Ở đây chúng em sử dụng trazitor để điều khiển cho động cơ lái và dùng role điều khiển động cơ kéo bóng và cấp xung điện đốt dây. Sử dụng chip AT89C51 để xử lý và cung cấp tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu của robot hoạt động ,như điều khiển mạch khuếch đại , kết hợp cùng cảm biến để dò đường … Chip này phù hợp với điều kiện của sinh viên và với các chương trình không quá lớn. Chương trình điều khiển được viết bằng phần mềm Ride với ngôn ngữ Assembler và được tổ chức dưới dạng các chương trình con sau đó được tổng hợp ở chương trình chính. - Việc xác định vị trí của Robot trên sân được thực hiện thông qua ngắt ngoài1. - Trong thực tế thi đấu, Robot thường dễ bị nhiễu bởi độ bóng của mặt sân, của vạch, hoặc bị rung khi di chuyển nên gây ra nhầm vạch hoặc mất phương hướng, để xử lý vấn đề này ngoài việc dùng phần cứng ở bộ phận cơ khí, hoặc cảm biến cần sử dụng linh hoạt các ngắt ngoài kết hợp với các ngắt Timer trong chip để lọc các xung nhiễu. PHẦN II NỘI DUNG Phần mạch điều khiển 1.1 Sơ đồ khối điều khiển robot Nguồn Khối điều khiển Khối khuếch đại Khối chấp hành Khối cảm biến 1.2-Nguồn Theo quy định của luật chơi chỉ sử dụng nguồn một chiều tối đa 24v DC. Trong robot sử dụng hai nguồn cơ bản là nguồn 12vDC cấp cho mạch vi xử lý và khối cảm biến . Và nguồn 24vDC cung cấp cho khối khuếch đại . Để cung cấp đủ dòng cho các khối nhầt là khối khuếch đại nên nhóm đã chọn loại nguồn 24vDC 5Ah. . 1.3 -Khối điều khiển Mạch điều khiển Robot có thể sử dụng nhiều phương pháp nhưng giải pháp vừa đơn giản, thuận tiện, chính xác và phù hợp với điều kiện của sinh viên là dùng Vi Điều Khiển, mà ở đây là sử dụng vi điều khiển họ 8051 ( AT89C51). Không chỉ có giá thành thấp, phần cứng thiết kế đơn giản, AT89C51 còn có : + Khối xử lý CPU : để xử lý và thực thi chương trình. + Các bộ Timer có thể tạo ra thời gian chính xác. + Hệ thống ngắt ngoài có thể xử lý nhanh ở bất kỳ thời điểm nào. + 4 Kb ROM để lưu chương trình điều khiển. + 128 Byte RAM nội để lưu các tham số và dữ liệu. + Bốn cổng xuất nhập I/O 8 bit. + 210 vị trí nhớ có thể định địa chỉ bít. + Tốc độ xử lý tín hiệu nhanh, tin cậy, chính xác. + Dễ dàng thay đổi yêu cầu điều khiển Robot bằng cách thay đổi chương trình soạn thảo mà không cần thay đổi mạch phần cứng. Sau khi nghiên cứu và thống nhất nhóm đã quyết định đưa ra giải pháp thiết kế mạch điều khiển robot như trong( hình 1). Khi các tín hiệu từ cảm biến ,công tắc hành trình đưa về vi điều khiển để xử lý hoặc các tín hiệu từ điều khiển ra điều khiển các môdul không đưa trực tiếp vào,ra vi điều khiển mà cho qua con đệm 74LS245N ,hoặc 74HC245N.Đó chính là IC thu phát hai chiều không đảo.IC này có khả năng: + Chống nhiễu, chống các xung ngược giúp vi điều khiển làm việc ổn định. + Khuếch đại tín hiệu điều khiển. + Có thể chọn được chiều truyền duy nhất của tín hiệu. Sơ đồ chân tín hiệu của IC đệm được thể hiện trong( hình 2) Nguồn ổn định 5v được cấp cho vi điều khiển thông qua IC ổn áp 7805 và các tụ lọc nguồn. Từ yêu cầu cụ thể như việc sử dụng ngắt ngoài (nằm trên P3) của chip AT89C51, việc ghép nối thuận tiện mà mạch phần cứng được thiết kế với chức năng: + Các cổng P1, P3 là các cổng đầu vào tín hiệu. + Các cổng P0, P2 là các cổng đầu ra tín hiệu. Việc lựa chọn các chiều truyền này phụ thuộc vào việc đặt chân 1 của IC đệm ở mức cao hay mức thấp. Các tín hiệu vào, ra từ mạch điều khiển được nối ghép với các môdul khác thông qua các jump cắm. Việc thiết kế các mạch dưới dạng các môdul rất thuận lợi trong việc thay thế và di chuyển vì chỉ cần ghép các môdul lại với nhau bằng cáp và dây dẫn. Hình 1 : Sơ đồ nguyên lý mạch VĐK Hình 2 : Sơ đồ chân mạch Vi Điều Khiển Hình 3: Sơ đồ board HÌNH 4: SƠ ĐỒ CHÂN IC 74HC245N * Một số chân cơ bản - Chân 10 nối GND - Chân 20 nối VCC - Chân 1 cho phép truyền dữ liệu từ A sang B nếu nối với VCC hoặc ngược lại nối GND - Chân 19 nối GND thì cho phép truyền dữ liệu 1.4- Khối cảm biến. Có rất nhiều cách khác nhau để định vị cho Robot như : lập trình theo thời gian, định vị dùng Camera, hay dùng các công tắc hành trình…Nhưng dùng cảm biến vẫn là thông dụng nhất, mà cụ thể ở đây là dùng các cảm biến quang để phát hiện các vạch trắng trên sân. Đối với một Robot tự động thì việc dò đường đóng vai trò hết sức quan trọng. Nó quyết định việc đến đích hay không của Robot và quá trình di chuyển của Robot có nhanh và mịn hay không. Trong quá trình chế tạo các Robot tự động, bản thân chúng em cũng đã gặp và phải xử lý rất nhiều vấn đề liên quan đến cảm biến và việc dò đường. Thứ nhất, về cảm biến. Mặc dù đã sử dụng loại cảm biến quang của OMRON( loại cảm biến không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng hồng ngoại) nhưng trong thực tế thi đấu do mặt sân rất bóng và trơn nên Robot vẫn bị nhiễu do sự phản xạ của ánh sáng xuống nền sân bóng tạo ra các vạch ảo khiến Robot nhận nhầm vạch. Để giải quyết vấn đề này, giải pháp đầu tiên là phải che kín các cảm biến và chỉ để hở phần phản xạ vạch trắng, đồng thời gá cảm biến càng thấp càng tốt nhằm hạn chế những nhiễu trên. Giải pháp thứ hai là sử dụng các ngắt Timer trong Onchip để khử các nhiễu này, đây là một giải pháp rất hay và hiệu quả, nó không làm thay đổi phần cứng của Robot nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu lọc xung nhiễu. Khi gá cảm biến cần đảm bảo các yêu cầu: hai cảm biến dò đường phải được đặt chính giữa Robot, chúng phải song song với nhau và song song với các vạch ngang. Cảm biến đếm vạch gá cách hai cảm biến dò đường một khoảng sao cho khi Robot quay phải hoặc quay trái thì khả năng tìm lại đường là dễ dàng nhất. Việc gá cảm biến cũng rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến đường đi và quá trình dò vạch của Robot. Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ board mạch cảm biến: Hình 5: Sơ đồ nguyên lý Hình 6: Sơ đồ chân linh kiện mạch cảm biến Hình 7: Sơ đồ Board mạch cảm biến * Nguyên lý hoạt động mạch cảm biến. - Để thực hiện việc dò đường và đếm vạch nhóm đã sử dụng các cảm biến quang của hãng OMRON : Tên Loại Điện áp đặt ( Vcc) Điện áp ra E3S – DS30E4 NPN 10- 30VDC Vcc Cảm biến được cấp điện áp nằm trong khoảng 10-30vDC và đầu ra cho mức12V (khi không có vật phản xạ )hoặc 0V (khi có vật chắn phản xạ ánh sáng)để chuyển đổi điện áp này thành điện áp 0V,5V giao tiếp được với mạch vi điều khiển thì có rất nhiều giải pháp như dùng Transistor, dùng Optorcoupler PC817 … ở đây nhóm đã sử dụng biện pháp là dùng Diode cách ly. Khi cảm biến ở nền sân màu xanh thì đầu ra cảm biến có điện áp là Vcc, điện áp này được đưa vào katot của diode. Do anot của diode luôn được nối với 74HC245 nên luôn có nguồn ổn định là 5V do dó lúc này diode bị phận cực ngược nên đầu vào chân VĐK luôn dữ là 5V. Trường hợp cảm biến vào vạch trắng thì tín hiệu từ cảm biến ở mức thấp ( 0V) lúc này diode phân cực thuận. Vì Cảm biến chúng em dùng loại NPN nên bên trong cảm biến có một dòng điện hút làm cho diode phân cực thuận kéo điện áp 5V ở chân VĐK xuống 0V(tức là vi điều khiển nhận được mức thấp 0V). 1.5- Khối khuếch đại Để điều khiển việc cấp dòng và áp cho động cơ hoạt động bình thường thực hiện được mục tiêu là tới đích nhanh, chính xác và đảm bảo độ linh hoạt của động cơ có thể có nhiều phương pháp như:dùng tranzitor,dùng role,hoặc dùng IC.Thực tế phù hợp với điều kiện thực hành tại xưởng và được tiếp xúc của sinh viên thì dùng tranzitor,role là thích hợp nhất .Và nhóm đã quyết định dùng tranzitor,role trong mạch khuếch đại điều khiển động cơ. *mạch khuếch đại dùng tranzitor Tranzitor là phần tử không tiếp điểm nên quá trình điều đóng ngắt êm,tần số đóng ngắt lớn. Để có dòng và áp đủ cung cấp cho động cơ tranzitor hoạt động ở chế độ bão hoà, và tranzitor phải là loại tranzitor công suất. Nhằm đảm bảo cho tranzitor hoạt động thì cần phân cực cho nó bằng cách cấp các mức điện áp vào các cực.Với trường hợp tranzitor hoạt động ở chế độ bão hoà thì cần tính toán giá trị điện trở phân cực. Để tranzitor hoạt dộng ở chế độ chuyển mạch (chế độ bão hoà) mà tranzitor dùng là loại NPN nên điện áp cấp VBE=0,7-0,8V và VCE =0,1-0,2V như hình vẽ 8. Khi đó: Ic= IB= Thường chọn Rc cỡ vài trăm ôm,áp dụng công thức Ic = Ib để tìm ra điện trở Rb. Hình 8:mạch phân cực cho tranzitor chế độ bão hoà Ghép các tranzitor lại vơí nhau nhằm điều khiển động cơ được linh hoạt hơn như chạy , dừng, đảo chiều các động cơ theo ý muốn thể hiện ở hình 10. ở đây nhóm đã sử dụng ghép các tầng khuếch đại darlinhton với nhau để tạo thành mạch đảo chiều động cơ . Nguyên tắc đảo chiều động cơ là mạch điều khiển phải tạo thành cầu H như trên (hình 9). ở đó dòng điện sẽ chạy qua động cơ theo như hình vẽ và theo sự điều khiển của mạch vi điều khiển . Trên hình 9 bốn tranzitor Q1-Q4 là bốn transitor công suất ,tuỳ từng loại động cơ mà chọn loại tranzitor cho phù hợp, ở đây chúng em sử dụng loại C2335 . Và để điều khiển các tranzitor C2383 này đóng mở thì có thể sử dụng nhiều cách khác nhau ,cụ thể trên robot này sử dụng kiểu mắc darlinhton .Thông số của các loại tranzitor này cho dưới bảng: Hình 9: Sơ đồ cầu H điều khiển đảo chiều động cơ Khi muốn đảm bảo dòng chỉ chay theo một chiều chống xung ngược thì ta mắc theo sơ đồ hình 10-1 dưới đây. Trong sơ đồ này các điôt đóng vai trò định hướng dòng và chống xung ngược .Hoặc khi muốn giảm đầu điều khiển thi dùng sơ đồ 10-2 Hình 10-1 Hình 10-2 *Nguyên lý hoạt động của mạch đảo chiều dùng tranzitor Xét mạch đảo chiều của động cơ trái (tương tự cho động cơ phải). Mạch đảo chiều động cơ kết hợp với mạch điều chỉnh điện áp để cân chỉnh cho hai bánh của robot được cân bằng nhau. Khi robot chưa được khởi động thì các tín hiệu đưa vào mạch là mức cao ,lúc đó tranzitor T1,T5 dẫn T2,T6 dẫn mạnh dẫn dòng xuống mass làm cho áp trên cực B của T3,T7 bằng không T3,T7 không dẫn T4,T8 không được kích làm cho áp ở hai đầu động cơ bằng nhau ,động cơ không quay . Khi tín hiệu quay thuận ở mức thấp (quay ngược ở mức cao) tác động vào cực B của T1(T5) T1 không dẫn T2 không dẫn,làm cho áp trên cực B của T3 cao T3 dẫn bão hoà áp B(T4) cao ,T4 dẫn bão hoà .Trong khi đó áp trên cực B(T5) cao T5 dẫn bão hoà làm cho áp trên cực B(T7) có mức thấp T7 khoá T8 khoá , đồng thời T6 được kích bởi T5 nên dẫn bão hoà .Lúc này có dòng chạy trong mạch theo chiều từ :+24v CE(T4) động cơ D6 CE(T6) mass . Tức động cơ quay thuận .Trường hợp ngược lại diễn ra hoàn toàn tương tự . Khi muốn điều chỉnh tốc độ của động cơ ta điều chỉnh biến trở VR1 lúc này sẽ điều chỉnh điện áp phân cực cho cực B của T3,T7 làm cho các tranzitor nay dãn mạnh hay yếu ,tức là điều khiển T4,T8 dẫn mạnh hay yếu áp đặt lên động cơ tăng hay giảm động cơ quay nhanh , chậm. Các diot D5,D6 có các tác dụng như dẫn dòng theo một chiều qua động cơ. Ngăn dòng ngựơc khi các tranzitor dẫn và đồng thời dẫn dòng hồi tiếp từ đầu ra trở về ổn định điện áp phân cực cho các tranzitor T3,T7 làm cho mạch hoạt động ổn định . Hình10:Sơ đồ nguyên lý mạch đảo chiều động cơ Hình 11:sơ đồ chân linh kiện mạch đảo chiều động cơ Hình 12: sơ đồ board mạch đảo chiều động cơ *mạch điều khiển động cơ dùng role Với yêu cầu cần dòng khởi động và dòng chạy cho động cơ lớn chúng ta có thể sử dụng mạch khuếch điều khiển động cơ dùng role. Mạch dùng role có ưu điểm là mạch đơn giản ,dòng lớn vì điện áp của nguồn cung cấp trực tiếp cho động cơ thông qua tiếp điểm của role. Nhưng nó cũng có nhược điểm lớn đó là tần số đóng ngắt nhỏ , nên khi điều khiển động cơ của robot với nhiều trường hợp diễn ra trên sân có thể không kịp dẫn tới robot không hoạt động đúng theo yêu cầu .Chỉ sử dụng mạch này với các cơ cấu chỉ có một động cơ,còn với động cơ lái thì phải đòi hỏi hai động cơ phải có công suất ,tốc độ như nhau. Trong quá trình thiết kế cần chú ý tới thông số của động cơ để chọn loại role phù hợp . Sơ đồ mạch nhóm đã sử dụng cho robot như hình dưới đây: Hình 13: sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại dùng role Hình 14:sơ đồ chân linh kiện mạch role Hình 15 : sơ đồ board dùng role 1.6- Khối chấp hành Khối chấp hành là các động cơ , nhóm đã sử dụng loại động cơ 24vDC có hộp giảm tốc . Khi chọn loại động cơ cần phả chú ý tới tải mà động cơ cần kéo .Không nên chọn loại động cơ nhanh quá vì khi robot chạy lệch đường một chút thì do quán tính lớn nên vi điều khiển chưa kịp xử lý làm cho loạn hương trình , robot chạy sai với mục đích đề ra . Cụ thể nhóm chọn oại động cơ 24vDC 2A tốc độ quay là : 60 vòng/phút . Và dòng khởi động cho động cơ từ 2-2,5Idm . Chọn động cơ là một việc hết sức quan trọng vì từ đây chung ta mới chọn được loại nguồn cho phù hợp đảm bảo dòng cho động cơ lúc khởi động , và cũng từ đó mới chọn được linh kiện điều khiển chịu được dòng chạy qua động cơ như (tranzitor , rơle , IC) . 2.CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 2.1 Đường đi của Robot MPAM1 Đường đi của MPAM1 có hai đường chính tương ứng với hai chương trình điều khiển của AT89C51. Tùy vào mỗi trận đấu mà chúng ta chọn chương trình 1 hay chương trình 2 bằng công tắc chọn chế độ. Từ ý tưởng trên chúng ta có lưu đồ giải thuật cho MPAM1: 2.2- Lưu đồ giải thuật 2.2.1 Lưu đồ giải thuật chương trình chính 2.2.2 Lưu đồ giải thuật chương trình dò đường 2.2.3 Lưu đồ giải thuật chương trình 1 2.2.4 Lưu đồ giải thuật chương trình 2 2.3 Chương trình điều khiển $include(reg51.inc) org 0000h ljmp start org 0003h ljmp ngat0 org 000bh ljmp time org 0030h start: mov r0,#00h mov r1,#00 jb p3.4,$ mov th0,#00h mov tmod,#01h setb et0 setb ex0 setb it0 setb ea BD: cjne r0,#8,tp1 setb p0.0 clr p0.1 setb p0.2 clr p0.3 lcall delaydi2 quaytrai1: mov p0,#0f6h cjne r0,#9,quaytrai1 jmp quaytrai2 quaytrai2: mov p0,#0f6h jb p1.0,quaytrai2 ljmp bd di: khoidong: jnb p1.0,kt1 jnb p1.1,kt2 dithang: mov p0,#0f5h ljmp bd kt1: jb p1.1,chinhsangtrai ljmp bd kt2: jnb p1.1,chinhsangphai ljmp bd chinhsangtrai: mov p0,#0f7h ljmp bd chinhsangphai: mov p0,#0fdh ljmp bd tp1: cjne r0,#12,chienthuat setb p0.0 clr p0.1 setb p0.2 clr p0.3 lcall delayditiep1 jmp dung1 dung1: mov p0,#0f0h nanghethongbong: clr p0.6 jb p1.2,nanghethongbong setb p0.6 lcall delaythabong setb p0.0 clr p0.1 setb p0.2 clr p0.3 mov r0,#13 chienthuat: jb p1.4,chuongtrinh2 chuongtrinh1: tp2: cjne r0,#24,tp3 setb p0.0 clr p0.1 setb p0.2 clr p0.3 lcall delayditiep1 quaytrai3: mov p0,#0f6h cjne r0,#25,quaytrai3 quaytrai4: mov p0,#0f6h jb p1.0,quaytrai4 ljmp bd tp3: cjne r0,#26,tp8 chuanbi: setb p0.0 clr p0.1 setb p0.2 clr p0.3 lcall delayditiep1 clr p0.0 clr p0.1 clr p0.2 clr p0.3 dotday: clr p0.7 lcall delaythabong setb p0.7 jmp $ chuongtrinh2: tp4: cjne r0,#14,tp4 setb p0.0 clr p0.1 setb p0.2 clr p0.3 lcall delayditiep1 quayphai: mov p0,#0f9h cjne r0,#15,quayphai quayphai1: mov p0,#0f9h jb p1.1,quayphai1 ljmp bd tp5: cjne r0,#17,tp6 setb p0.0 clr p0.1 setb p0.2 clr p0.3 lcall delayditiep1 quaytrai5: mov p0,#0f6h cjne r0,#18,quaytrai5 quaytrai6: mov p0,#0f6h jb p1.0,quaytrai6 ljmp bd tp6: cjne r0,#28,tp7 setb p0.0 clr p0.1 setb p0.2 clr p0.3 lcall delayditiep1 quaytrai7: mov p0,#0f6h cjne r0,#29,quaytrai7 quaytrai8: mov p0,#0f6h jb p1.0,quaytrai8 ljmp bd tp7: cjne r0,#32,tp8 ljmp chuanbi tp8: ljmp di delay: mov r5,#15 l1: mov r6,#200 l2: mov r7,#248 djnz r7,$ djnz r6,l2 djnz r5,l1 ret delaydung: mov r5,#4 ljmp l1 delayditiep1: mov r5,#4 ljmp l1 delaydi: mov r5,#1 ljmp l1 delaydi1: mov r5,#2 ljmp l1 delaydi2: mov r5,#1 ljmp l1 delaydunglai: mov r5,#60 ljmp l1 delaythabong: mov r5,#40 ljmp l1 delaydido: mov r5,#6 ljmp l1 ngat0: inc r0 mov th0,#4ch mov tl0,#07h mov tmod,#01h setb tr0 clr ex0 reti time: inc r3 cjne r3,#4,e_it0 clr tr0 clr ie0 setb ex0 mov r3,#00h e_it0: reti end Trên đây là chương trình điều khiển của Robot tự động MPAM1 ở sân thi đấu ( Theo đường đi đã nêu ở hình vẽ trên). Chương trình được nạp trong 4KB ROM của chip điều khiển. Các tín hiệu điều khiển được xuất ra ở cổng P0, các đầu vào của cảm biến dò đường và tín hiệu khởi động được đưa vào cổng P1, tín hiệu từ các biến đếm vạch nối với ngắt ngoài I được đưa vào cổng P3, các địa chỉ cụ thể như sau: Stt Địa chỉ Bit Chức năng Ghi chú 1 P0.0 Điều khiển động cơ trái tiến 2 P0.1 Điều khiển động cơ trái lùi 3 P0.2 Điều khiển động cơ phải tiến 4 P0.3 Điều khiển động cơ phải lùi 5 P0.6 Điều khiển động cơ nâng bóng 6 P0.7 Điều khiển Role đốt dây 7 P1.0 Tín hiệu từ cảm biến trái 8 P1.1 Tín hiệu từ cảm biến phải 9 P1.2 Tín hiệu từ công tắc hành trình khi hệ thống bóng nâng tới độ cao 10 P1.4 Tín hiệu chọn chương trình 11 P3.4 Start 12 P3.2 Tín hiệu từ cảm biến đếm vạch Nối với ngắt ngoài 0 P0.0 P0.1 Đ/C Trái P0.2 P0.2 Đ/C Phải 0 0 Dừng 0 0 Dừng 0 1 Lùi 0 1 Lùi 1 0 Tiến 1 0 Tiến 1 1 Dừng 1 1 Dừng Bảng trạng thái điều khiển hai động cơ Trái/ Phải Hình dáng Robot MPAM Đường đi của Robot ** Lưu đồ giải thuật chương trình chạy thử a) Lưu đồ giải thuật chương trình chính b) Lưu đồ giải thuật chương trình dò đường c) Chương trình điều khiển $include(reg51.inc) org 0000h ljmp start org 0003h ljmp ngat0 org 000bh ljmp time org 0030h start: mov r0,#00h jb p3.4,$ mov p0,#0f5h setb et0 setb ex0 setb it0 setb ea BD: cjne r0,#4,tp1 setb p0.0 clr p0.1 setb p0.2 clr p0.3 lcall delaydi2 quaytrai1: mov p0,#0f6h cjne r0,#5,quaytrai1 quaytrai2: mov p0,#0f6h jb p1.0,quaytrai2 ljmp bd di: khoidong: jnb p1.0,kt1 jnb p1.1,kt2 dithang: mov p0,#0f5h ljmp bd kt1: jb p1.1,chinhsangtrai ljmp bd kt2: jnb p1.1,chinhsangphai ljmp bd chinhsangtrai: mov p0,#0f7h ljmp bd chinhsangphai: mov p0,#0fdh ljmp bd tp1: cjne r0,#7,tp2 dung1: mov p0,#0f0h nanghethongbong: clr p0.6 jb p1.2,nanghethongbong setb p0.6 clr p0.7 lcall delaythabong setb p1.7 ljmp $ tp2: ljmp di delay: mov r5,#15 l1: mov r6,#200 l2: mov r7,#248 djnz r7,$ djnz r6,l2 djnz r5,l1 ret delaydi2: mov r5,#10 ljmp l1 delaythabong: mov r5,#80 ljmp l1 ngat0: inc r0 mov th0,#4ch mov tl0,#07h mov tmod,#01h setb tr0 clr ex0 reti time: inc r3 cjne r3,#3,e_it0 clr tr0 clr ie0 setb ex0 mov r3,#00h e_it0: reti end PHẦN III : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Sau thời gian nghiên cứu và làm việc một cách nghiêm túc cùng với sự giúp đỡ , đóng góp ý kiến của thầy và các thầy cô trong khoa Điện - Điện tử cùng các thành viên của nhóm C2DM ,nhóm sáng tạo robotcom trường, đến nay chúng em đã hoàn thành .Robot hoạt động thông minh,chính xác,hiệu quả cao.Trong quá trình thực hiện đề tài nhóm chúng em đã vận dụng được những kiến thức đã học,tự mình đánh giá được trình độ của bản thân,cùng nhau nghiên cứu tài liệu và học hỏi lẫn nhau tìm ra những kiến thức mới. Qua quá trình thi công mạch chúng em đã biết kết hợp giữa lý thuyết và thực hành. Hơn thế nữa,qua quá trình thực hiện đề tài mỗi chúng em đã quen dần với cách làm việc độc lập,biết cách tổ chức công việc và sắp xếp thời gian hợp lý. Đấy là thành quả to lớn trong suốt quá trình học tập mà chúng em đã đạt được. 2.Kiến nghị: Chế tạo robot là một lĩnh vực đã được các nước phát triển trên thế giới biết đến từ lâu, tuy nhiên đây là một lĩnh vực khoa học rất mới ở Việt Nam đặc biệt là với các sinh viên.Chúng em cũng như mọi sinh viên Việt Nam khác hầu hết đều ít có điều kiện được tiếp xúc và nghiên cứu các đề tài khoa học.Chắc chắn việc nghiên cứu các đề tài khoa học sẽ giúp cho sinh viên chúng em tổng hợp được những kiến thức dã học và trang bị cho chúng em nhưng kiến thức mới và kinh nghiệm mới bổ ích. Do vậy chúng em mong rằng sang năm học tới và những năm học về sau khoa và trường sẽ tổ chức nhiều các sân chơi trí tuệ bổ ích cho sinh viên,đồng thời tạo điều kiện nhiều hơn nữa để sinh viên được nghiên cứu và thực hiện các đề tài khoa học. PHẦN IV : TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Giáo trình kỹ thuật Vi Điều Khiển – Bạch Hưng Trường – Trường ĐHSPKT Hưng Yên. 2. Kỹ thuật Vi Xử Lý – Văn Thế Minh- NXBGD 3. Kỹ thuật Vi Xử Lý và lập trình ASSEMBLY cho hệ Vi Xử Lý- Đỗ Xuân Tiến NXB KH&KT 4. Họ Vi Điều Khiển 8051- Tống Văn On & Hoàng Đức Hải- NXB LĐXH- 2001 5. Cấu trúc và lập trình họ Vi Điều Khiển 8051- Nguyễn Tăng Cường – Phan Quốc Thắng – NXB KH&KT 6. Sơ đồ chân linh kiện – Dương Minh Trí- Sở GD&ĐT- TPHCM 7. Cẩm nang thực hành vi mạch tuyến tính- NXBKH&KT 8. Mạch số- NXB Thống Kê 9. Kỹ thuật số – NXBKH 10. Kỹ thuật mạch điện tử – NXBGD.