Tải bản đầy đủ

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ROBOT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA QUA MÁY TÍNH

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

----------------------------------------

Phạm Danh Đăng

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH
ROBOT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA QUA MÁY TÍNH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
Chuyên ngành: Công Nghệ Kĩ Thuật Điện Tử, Viễn Thông

HÀ NỘI – 2017


TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

---------------------------------------


Phạm Danh Đăng

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH
ROBOT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA QUA MÁY TÍNH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
Chuyên ngành: Công Nghệ Kĩ Thuật Điện Tử, Viễn Thông

Cán bộ hƣớng dẫn: Ths. Hoàng Thế Phƣơng

HÀ NỘI – 2017


TÓM TẮT
Tóm tắt: Ngày nay, Robot điều khiển từ xa ngày càng được đầu tư và phát triển
mạnh mẽ, sử dụng trong các mục đích dò tìm bom mìn, thám hiểm hầm mỏ, kiểm tra
các đường cống ngầm, hoạt động trong các môi trường có nhiều hóa chất độc hại, có
nồng độ phóng xạ cao,... nguy hiểm đối với con người. Để thực hiện được các nhiệm
vụ đó đòi hỏi các Robot này phải có khả năng di chuyển không dây và hoạt động
chính xác các chức năng của nó. Do vậy trong đề tài đồ án này em muốn giới thiệu về
công nghệ không dây và dùng máy tính điều khiển Robot. Nội dung đồ án chủ yếu
tập trung nghiên cứu công nghệ không dây sóng radio, tạo giao diện điều khiển máy
tính và lập trình giao tiếp với vi điều khiển, thiết kế chế tạo mô hình robot điều khiển
từ xa qua máy tính.
Từ khóa: Robot
Hà Nội, Ngày….Tháng….Năm………
Xác nhận của GVHD


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn Ths. Hoàng Thế Phƣơng đã tận tình chỉ bảo em
trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Cảm ơn thầy đã dạy cho
em biết những điều cần thiết để thiết kế, chế tạo sản phẩm cũng như đã tạo điều kiện
cho sinh viên được tự mình tìm tòi, nghiên cứu những kiến thức về chuyên ngành.
Với thời gian thực hiện đề tài ngắn, kiến thức còn hạn hẹp, dù em đã rất cố gắng
nhưng cũng không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong được sự góp ý của thầy
và các bạn sinh viên khác.
Cuối cùng em xin cảm ơn thầy đã cho em cơ hội để có thể ứng dụng kiến thức đã
học để xây dựng nên một sản phẩm thực tế, tạo cho em cảm hứng hơn trong việc học
tập và làm việc sau này.


Em xin chân thành cảm ơn!


LỜI CAM ĐOAN
Nội dung của đồ án tốt nghiệp với đề tài: ”Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình
robot điều khiển từ xa qua máy tính” sau đây, do chính em: Phạm Danh Đăng – sinh
viên lớp 64DCDT01, khoa Công nghệ thông tin, chuyên ngành Điện tử - viễn thông
nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và hoàn thành.
Em xin cam đoan không sao chép các tài liệu, công trình nghiên cứu của người
khác mà không chỉ rõ trong mục tài liệu tham khảo.
Em xin chân thành cảm ơn!!!
Người thực hiện
(kí và ghi rõ họ tên)

Phạm Danh Đăng


MỤC LỤC
TÓM TẮT ........................................................................................................................
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................
MỤC LỤC ........................................................................................................................
DANH MỤC HÌNH VẼ...................................................................................................
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ...............................................................................
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN ................................................................ 3
1.1. Những khái niệm chung về robot ..........................................................................3
1.2. Ứng dụng robot trong thực tế ................................................................................4
1.3. Lý do chọn đề tài ...................................................................................................6
1.4. Đặt vấn đề .............................................................................................................7
1.5. Mục đích đề tài ......................................................................................................8
1.6. Tổng quan về các khối .......................................................................................... 9
1.7. Kết luận chương 1 ............................................................................................... 10
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...........................................................................11
2.1. Sơ lược về vô tuyến điện tử ................................................................................11
2.2. Sơ lược về ATMEGA 16 ....................................................................................13
2.2.1. Tổng quan về ATMEGA 16.............................................................................13
2.2.2. Mô tả chân linh kiện......................................................................................... 15
2.2.3. USART trong ATMEGA16 .............................................................................17
2.3. Sơ lược về PT2262 .............................................................................................. 18
2.4. Sơ lược về PT2272 .............................................................................................. 21
2.5. Sơ lược về USB to UART ...................................................................................23
2.6. Sơ lược về IC L298 ............................................................................................. 25
2.7. Sơ lược về một số linh kiện khác ........................................................................26
2.7.1. Điện trở ............................................................................................................26
2.7.2. Tụ điện .............................................................................................................27
2.7.3. Led....................................................................................................................27
2.8. Kết luận chương 2 ............................................................................................... 28


CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ ROBOT VÀ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN ...................29
3.1. Thiết kế Robot .....................................................................................................29
3.2. Thiết kế phần mạch ............................................................................................. 30
3.2.1. Mạch phát Robot .............................................................................................. 30
3.2.2. Mạch thu robot .................................................................................................33
3.3. Kết quả thiết kế ...................................................................................................37
3.3.1. Robot ................................................................................................................37
3.3.2. Thiết kế phần mạch .......................................................................................... 37
3.4. Giải thuật điều khiển ........................................................................................... 40
3.4.1. Giải thuật truyền dữ liệu từ máy tính xuống vi điều khiển .............................. 40
3.4.2. Giải thuật điều khiển mạch phát ......................................................................42
3.5. Kết luận chương 3 ............................................................................................... 45
CHƢƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ ................................ 46
4.1. Thực nghiệm .......................................................................................................46
4.2. Phân tích kết quả .................................................................................................48
4.3. Kết luận chương 4 ............................................................................................... 49
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ......................................................................................... 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 51
PHỤ LỤC .....................................................................................................................52


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Robot car .........................................................................................................4
Hình 1.2. Robot dò mìn ...................................................................................................5
Hình 1.3. Robot y học ......................................................................................................6
Hình 1.4. Atmega 16 .......................................................................................................7
Hình 1.5. Sơ đồ khối mô hình robot ................................................................................9
Hình 2.1. Quá trình lan truyền sóng ngang ...................................................................12
Hình 2.2. Sơ đồ chân atmega16 .....................................................................................13
Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc bên trong AVR ......................................................................14
Hình 2.4. Sơ đồ khối USART........................................................................................ 17
Hình 2.5. PT2262...........................................................................................................18
Hình 2.6. Sơ đồ chân PT2262........................................................................................ 19
Hình 2.7. Khung dữ liệu của PT2262 ............................................................................20
Hình 2.8. Sơ đồ khối PT2262 ........................................................................................ 21
Hình 2.9. PT2272...........................................................................................................22
Hình 2.10. Sơ đồ chân PT2272...................................................................................... 23
Hình 2.11. Sơ đồ mạch PL2303 ....................................................................................24
Hình 2.12. Mạch thật USB to UART ............................................................................24
Hình 2.13. Sơ đồ chân IC L298 .....................................................................................25
Hình 2.14. Điện trở và kí hiệu ....................................................................................... 26
Hình 2.15. Cấu tạo tụ hóa .............................................................................................. 27
Hình 2.16. Led và kí hiệu .............................................................................................. 28
Hình 3.1. Robot sau khi hoàn thành ..............................................................................29
Hình 3.2. Sơ đồ mạch phát Robot .................................................................................30
Hình 3.3. Module phát PT2262 .....................................................................................31
Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý mạch thu Robot ..................................................................33
Hình 3.5. Module thu PT2272 ....................................................................................... 34
Hình 3.6. Sơ đồ nguyên lý mạch động cơ .....................................................................35
Hình 3.7. Mạch phát được vẽ từ proteus .......................................................................37
Hình 3.8. Mạch thu được vẽ từ proteus .........................................................................38
Hình 3.9. Mạch phát khi hoàn thành .............................................................................38


Hình 3.10. Mạch thu khi hoàn thành .............................................................................39
Hình 3.11: Chương trình truyền dữ liệu từ máy tính xuống..........................................41
Hình 3.12: Chương trình phát dữ liệu điều khiển.......................................................... 43
Hình 3.13: Chương trình thu và điều khiển Robot ........................................................ 45
Hình 4.1. Xe Robot sau thi công ...................................................................................46
Hình 4.2. Mạch sau khi được ăn mòn............................................................................47
Hình 4.3. Hiển thị trên LCD .......................................................................................... 48


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Từ tiếng anh

Từ tiếng việt

ADC

Analog Digital Converter

Bộ chuyển đổi tương tự sang số

CPU

Central Processing Unit

Bộ xử lý trung tâm

Electrically Erasable

Chip nhớ không xóa được

EEPROM

Programmable Rea Only
Memory
Hight Level Language

Ngôn ngữ bậc cao

IC

Intergrated Circuit

Mạch tích hợp

I2C

Inter – Intergrated Circuit

Giao tiếp 2 IC với nhau

OSC

Oscillator

Khối dao động

PWM

Pulse Width Modulation

Điều chỉnh xung

RISC

Reduced Intruction Set Computer Máy tính cài đặt giảm thuộc tính

HLL

RF
SRAM
SPI
UART

Radio frequency

Sóng radio

Static Random Acess Memory

Bộ nhớ truy xuất dữ liệu ngẫu nhiên tĩnh

Serial Peripheral Interface

Giao diện ngoại vi nối tiếp

Universal Asynchronous
Receiver – Transmitte

Mạch tích hợp truyền dữ liệu


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề của đề tài
Ngày nay, Robot điều khiển từ xa ngày càng được đầu tư và phát triển mạnh mẽ,
sử dụng trong các mục đích dò tìm bom mìn, thám hiểm hầm mỏ, kiểm tra các đường
cống ngầm, hoạt động trong các môi trường có nhiều hóa chất độc hại, có nồng độ
phóng xạ cao,... nguy hiểm đối với con người.
Để thực hiện được các nhiệm vụ đó đòi hỏi các Robot này phải có khả năng di
chuyển không dây và hoạt động chính xác các chức năng của nó.
Do đó, việc nghiên cứu Robot điều khiển từ xa là vấn đề cần thiết cho thực tế.
Chính vì vậy, em chọn đề tài: "Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình robot điều
khiển từ xa qua máy tính".
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu về điều khiển không dây từ xa
Thiết kế và chế tạo mô hình robot phục vụ cho công việc học tập, nghiên cứu của
sinh viên các ngành điện tử viễn thông, cơ điện tử....
3. Phạm vi và nội dung nghiên cứu
Thiết kế, chế tạo kết cấu cơ khí bằng Mica cho Robot có khả năng chuyển động
linh hoạt và chính xác.
Thiết kế, chế tạo các mạch điện tử điều khiển cho Robot và lập trình điều khiển
cho Robot hoạt động thông qua việc điều khiển từ xa bằng sóng radio.
Thiết kế tạo giao diện điều khiển Robot, lập trình giao tiếp máy tính với vi điều
khiển và truyền đi xa bằng sóng radio.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Đề tài kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm
Nghiên cứu lý thuyết:
- Nghiên cứu tổng hợp việc thiết kế, lắp ráp các chi tiết mô hình Robot
- Nghiên cứu thiết kế các mạch điều khiển cho Robot.

1


- Nghiên cứu công nghệ truyền không dây, sóng radio.
- Nghiên cứu tạo giao diện điều khiển trên máy tính và cách lập trình C#.
Nghiên cứu thực nghiệm:
- Chế tạo mô hình Robot hoàn chỉnh để kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý
thuyết.
5. Ý nghĩa khoa học thực tiễn
Góp phần phát triển lĩnh vực điều khiển từ xa và công nghệ sử dụng máy tính,
ứng dụng việc chế tạo các mô hình hoặc trong việc điều khiển các thiết bị phục vụ cho
đời sống hằng ngày.
Góp phần xây dựng các mô hình phục vụ cho việc tham khảo, học tập của các
sinh viên chuyên ngành điện tử viễn thông, cơ điện tử và các ngành kĩ thuật liên quan.
Tạo ra phương pháp học tập nghiên cứu trực quan bằng mô hình cụ thể.
6. Cấu trúc của đồ án
Cấu trúc đồ án gồm có bốn chương:
Chương 1: Giới thiệu chung về robot
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Thiết kế robot và giải thuật điều khiển
Chương 4: Thực nghiệm và kết quả

2


CHƢƠNG 1: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN
1.1. Những khái niệm chung về robot
Ngày nay, người ta vẫn còn tranh cãi về vấn đề: "Một loại máy như thế nào thì đủ
tiêu chuẩn để được gọi là robot". Một cách gần chính xác, robot phải có một vài
(không nhất thiết phải đầy đủ) các đặc điểm sau đây:
- Không phải là tự nhiên, tức là do con người sáng tạo ra.
- Có sự thông minh, có khả năng đưa ra các lựa chọn dựa trên môi trường
và được điều khiển một cách tự động theo những trình tự đã được lập trình trước.
- Có khả năng điều khiển được bằng các lệnh để có thể thay đổi tùy theo
yêu cầu của người sử dụng.
- Có thể tự do chuyển quay hoặc tịnh tiến theo một hay nhiều chiều.
- Có sự khéo léo trong vận động.
- Có thể tương tác với những vật thể trong môi trường.
- Có khả năng nhận biết môi trường xung quanh.
Theo những kỹ sư robot hình dáng bên ngoài của máy móc không quan trọng
bằng việc hoạt động của nó được điều khiển như cách nào. Hệ thống điều khiển càng
có tác dụng bao nhiêu, máy móc càng có khả năng được gọi là robot bấy nhiêu. Một
đặc điểm tiêu biểu để phân biệt robot nữa đó là khả năng đưa ra các lựa chọn. Càng có
khả năng đưa ra nhiều lựa chọn để giải quyết một vấn đề bao nhiêu, robot càng được
đánh giá cao.
Robot thường gồm những thành phần cơ bản:
+ Cơ cấu chuyển động
+ Các cảm biến (senser)
+ Cơ cấu chấp hành
+ Hệ thống điều khiển
+ Giao diện người và Robot

3


Hình 1.1. Robot car
1.2. Ứng dụng robot trong thực tế
Từ ngàn xưa, loài người đã biết sử dụng công cụ lao động trợ giúp nhằm tăng
năng suất lao động. Những công cụ thô sơ đồ đá ban đầu được dần thay thế bằng đồ
đồng, đồ sắt. Cùng năm tháng, máy móc ra đời để giải phóng con người khỏi những
lao động nặng nhọc, nguy hiểm. Cũng từ đó nền công nghiệp dần hình thành và phát
triển.
Mức độ tự động hóa của công cụ buổi ban đầu còn thấp, như những cỗ máy chạy
bằng hơi nước hay máy tính to bằng nửa tòa nhà. Với sự phát triển như vũ bão của
khoa học kĩ thuật, loài người đã tiến bước sâu hơn khoảng không và vũ trụ xung
quanh. Sự trợ giúp của máy tính và kĩ thuật Robot cho phép con người có thể khám
phá thế giới xung quanh mà chỉ với những tác động click chuột. Từ những vi tế bào
nằm sâu trong cơ thể cho tới những hành tinh nằm cách xa chúng ta vẫn có thể thấy
được, biết được, và có thể điều khiển được.

4


Những Robot ban đầu với tính năng đơn giản, thô sơ đã dần được thay thế bằng
những Robot mà đôi khi mắt người còn không phân biệt được đâu là Robot, đâu là
người thật.
Tính năng của Robot thì phụ thuộc vào từng lĩnh vực cụ thể nhưng ở bất kì lĩnh
vực nào thì sự trợ giúp của nó cũng đáng kể. Nhưng đáng chú ý nhất vẫn là công
nghiệp, Robot có thể thay thế hoàn toàn con người ở những khâu mang tính chu kì cần
độ chính xác cao, đòi hỏi phức tạp, hay ở trong những môi trường nguy hiểm: áp suất
cao, phóng xạ, độc hại...

Hình 1.2. Robot dò mìn
Với kĩ thuật tiên tiến hiện nay, con người có thể chế tạo ra những Robot đi sâu
vào trong lòng đất để tìm tài nguyên, nguồn năng lượng mới, khám phá vỏ trái đất hay
để truy tìm sự sống ngoài hành tinh mà với bản thân con người không thể chịu được
những điều kiện khắc nghiệt như vậy. Công nghệ không dây được ứng dụng cho phép
tạo ra những mô hình Robot nhỏ gọn, thông minh, linh hoạt trên mọi địa hình. Một
hiệu quả mà công nghệ không dây đem lại là cho phép con người ngồi một chỗ xa
nhưng vẫn có thể điều khiển được những công việc mà vẫn đạt hiệu quả cao, đảm bảo
an toàn cho người vận hành. Mà đặc biệt là những công việc nguy hiểm, môi trường
khắc nghiệt, có ảnh hưởng lớn về sức khỏe cũng như tính mạng con người: ở các lò
phản ứng hạt nhân, hầm mỏ sau trong lòng đất, rà phá bom mìn, khám phá đại dương,

5


tìm kiếm sự sống bên ngoài trái đất...Hiện nay ở một số nước tiên tiến, Robot với tính
năng điều khiển từ xa còn giúp đỡ việc nhà, chăm sóc sức khỏe cho người bệnh hay hỗ
trợ những tính năng cho người tàn tật... Với những ưu điểm đó, công nghệ không dây
và máy tính ngày càng được ưa chuộng thể hiện xu thế tất yếu của thời đại.

Hình 1.3. Robot y học
Robot ngày càng quan trọng với con người và gần gũi với mỗi chúng ta, nó thay
thế ta làm mọi việc, từ những việc nhỏ như hút bụi đến việc thay thế con người chui
xuống hầm sâu, hay cống nước để xử lý, mà trước đó do chính bày tay con người phải
làm.
1.3. Lý do chọn đề tài
Truyền dữ liệu không dây là một mảng lớn trong điện tử, dữ liệu được truyền đi
có thể là tương tự cũng có thể là số. Trong truyền dữ liệu không dây, hiệu quả nhất vẫn
là truyền bằng sóng điện từ hay sóng Radio, bởi những ưu điểm là truyền ở khoảng
cách xa, đa hướng, tần số hoạt động cao.
Với sự phát triển của máy tính nên em lựa chọn máy tính để điều khiển và tận
dụng khả năng của vi điều khiển về truyền dữ liệu nối tiếp nhờ vào bộ UART trong
chip có thể giao tiếp được với máy tính. Vi điều khiển có khả năng thực hiện truyền
thông đa xử lý rất thích hợp cho việc truyền dữ liệu trong một hệ thống mạng không
dây.

6


1.4. Đặt vấn đề
Ngày nay, những ứng dụng của vi điều khiển đã đi sâu vào đời sống sinh hoạt và
sản xuất của con người. Thực tế hiện nay là hầu hết các thiết bị điện dân dụng hiện nay
đều có sự có mặt của của vi điều khiển và vi xử lí. Ứng dụng vi điều khiển trong thiết
kế hệ thống làm giảm chi phí thiết kế và hạ giá thành sản phẩm đồng thời nâng cao
tính ổn định của thiết bị và hệ thống.

Hình 1.4. Atmega 16
Trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển: họ 8051 của Intel, 68HC11 của
Motorala, Z80 của hãng Eilog, PIC của hãng Microchip, H8 của Hitachi.v.v. và cuối
cùng là AVR của hãng Atmel. AVR là họ vi điều khiển khá mới trên thị trường cũng
như đối với người sử dụng. Đây là họ Vi điều khiển được chế tạo theo kiến trúc RISC
(Reduced Intruction Set Computer) có cấu trúc khá phức tạp. Ngoài các tính năng như
các họ Vi điều khiển khác, nó còn tích hợp nhiều tính năng mới rất tiện cho người thiết
kế và lập trình.
Sự ra đời của AVR bắt nguồn từ yêu cầu thực tế là hầu hết khi cần lập trình cho
vi điều khiển, chúng ta thường dùng những ngôn ngữ bậc cao HLL (Hight Level
Language) để lập trình ngay cả với loại chip xử lí 8 bit trong đó ngôn ngữ C là ngôn
ngữ phổ biến nhất. Tuy nhiên khi biên dịch thì kích thước đoạn mã sẽ tăng nhiều so
với dùng ngôn ngữ Assembly. Hãng Atmel nhận thấy rằng cần phải phát triển một cấu
trúc đặc biệt cho ngôn ngữ C để giảm thiểu sự chênh lệch mã đã nói trên. Và kết quả là
họ Vi điều khiển AVR ra đời với việc làm giảm kích thước đoạn mã khi biên dịch và

7


thêm vào đó là thực hiện lệnh đúng đơn chu kỳ mấy với 32 thanh ghi tích lũy và đạt
tốc độ nhanh hơn các họ vi điều khiển khác từ 4 đến 12 lần.
Vì thế nghiên cứu AVR là một đề tài khá lý thú và giúp sinh viên biết thêm một
họ vi điều khiển vào loại mạnh nhất hiện nay. Ngày nay công nghệ không dây và máy
tính đang phát triển rất mạnh.
Với các thiết bị không dây ngày càng hiện đại cho phép người sử dụng thỏa mãn
những nhu cầu về giải trí, cũng như trong điều khiển sản xuất mà không cần nối dây.
Nó thực sự tiện ích và tạo cảm giác thỏa mái cho người sử dụng. Truyền dữ liệu từ
máy tính xuống vi điều khiển và truyền đi không dây là một đề tài có nhiều ứng dụng
thực tế nhất là trong lĩnh vực điều khiển từ xa và truyền số liệu. Đặc biệt sinh viên
ngành điện tử viễn thông và cơ điện tử.
1.5. Mục đích đề tài
Ứng dụng máy tính giao tiếp với vi điều khiển và công nghệ không dây để truyền
dữ liệu đến Robot điều khiển Robot.
Thiết kế và chế tạo mô hình robot phục vụ cho công việc học tập, nghiên cứu của
sinh viên các ngành điện tử viễn thông, cơ điện tử....

8


1.6. Tổng quan về các khối
Ở Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ không dây và robot điều khiển từ xa chưa
được rộng rãi. Hiện đại hóa công nghiệp là con đường phát triển của đất nước, do đó
việc ứng dụng kĩ thuật không dây vào nước ta chỉ là một sớm một chiều, nắm bắt được
trình độ khoa học kĩ thuật sẽ giúp chúng ta dễ dàng tiếp cận với công nghệ của thế
giới. Trên cơ sở đó em xin đề xuất mô hình Robot điều khiển không dây bằng máy tính
dưới đây:
Anten
Máy tính

USB to UART

Mạch vi điều khiển
giao tiếp máy tính

Module
phát
PT2262

Khối nguồn
Anten
Module thu
PT2272

Mạch điều khiển

Mạch động cơ

Hình 1.5. Sơ đồ khối mô hình robot
Trong đó:
- Máy tính đóng vai trò chủ đạo trong điều khiển mọi hành động của
Robot. Người điều khiển quan sát robot và điều khiển robot.
- Chuẩn truyền thông nối tiếp RS232 cho phép kết nối với vi điều khiển. Ở
đề tài này em dùng USB to COM PL2303 kết nối với vi điều khiển. Sự hỗ trợ
SerialPort trong visual C# giúp việc lập trình trở nên đơn giản, giao diện sinh
động, trực quan.
- Khối thu, phát sóng Radio là kênh liên lạc giữa máy tính và Robot thực
thi. Nó có tác dụng là truyền tín hiệu điều khiển từ máy tính sang Robot và thu
nhận phản hồi từ Robot về máy tính.
- Robot là đối tượng cần điều khiển trong sơ đồ.

9


- Robot được thiết kế là Robot car thực thi tất cả những hành động mà
người điều khiển ra lệnh cho nó.
- Với mô hình điều khiển trên cho phép ta có thể sử dụng Robot vào nhiều
lĩnh vực như trong giáo dục, trong cuộc sống...
- Qua đề tài này có thể ứng dụng trong việc điều khiển các thiết bị điện
dân dụng ở khoảng cách xa:
+

Tinh chỉnh thời gian ở các cột đèn giao thông.

+

Thắp sáng hoặc tắt đèn đường.

+

Các thiết bị điện trong nhà: bơm, quạt, đèn...

+

Tiện nghi do điều khiển không dây đem lại giúp cho con người có

thể tiết kiệm về thời gian, tiền bạc, đặc biệt là tính chất nguy hiểm của công
việc, giả dụ như đề xuất cho Robot lau cửa kính ở các tòa nhà cao tầng,
robot giao giấy tờ trong văn phòng...

1.7. Kết luận chƣơng 1
Trong chương này em đề cập đến lý thuyết tổng quan, giới thiệu chung về Robot,
Robot cần quan trong như thế nào trong cuộc sống. Lý do chọn đề tài là truyền không
dây là một mảng lớn trong điện tử, có thể truyền đi dữ liệu số hay dữ liệu tương tự.
Mục đích đề tài là ứng dụng những công nghệ mới vào đề tài như truyền không dây và
dùng máy tính để điều khiển. Chương 1 phần nào cho em biết hơn về Robot và trọng
tâm của đề tài của mình làm và vẽ được sơ đồ khối tổng quan của Robot.

10


CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Sơ lƣợc về vô tuyến điện tử
Trong chương này giới thiệu về sự ra đời của sóng điện từ, nguyên lí, tính chất và
quá trình truyền sóng trong không gian. Nhà toán học người Scotland là James Cleck
Maxwell (1831 - 1879), đã mở rộng các công trình nghiên cứu của Michael Faraday và
nhận thấy mối liên hệ khăng khít của điện và từ làm cho loại sóng này có thể tồn tại.
Các tính toán của ông cho thấy tốc độ lan truyền của sóng gần bằng tốc độ ánh sáng
trong chân không nên ông nghi ngờ rằng chính ánh sáng cũng là một dạng sóng điện
từ. Nhưng mãi đến năm 1888, Henrich Hezt đã chứng minh thuyết Maxwell qua thực
nghiệm bằng cách dùng điện phát ra sóng Radio và chứng minh được rằng bức xạ
Radio có các tính chất của sóng, do đó xác nhận những ý tưởng của Maxwell và
Faraday.
Bức xạ điện từ ( hay sóng điện từ ) là sự kết hợp của dao động điện trường và từ
trường vuông góc với nhau, lan truyền trong không gian như sóng.
Sóng điện từ cũng bị lượng tử hóa thành từng " đợi sóng " có tính chất như các
hạt chuyển động gọi là photon. Khi lan truyền, sóng điện từ mang theo năng lượng,
động lượng và thông tin. Sóng điện từ có bước sóng nằm trong khoảng 400nm 700nm có thể nhìn thấy được bằng mắt người gọi là ánh sáng.

11


Hình 2.1. Quá trình lan truyền sóng ngang
Trong chân không các thí nghiệm đã cho thấy sóng điện từ lan truyền với tốc độ
c = 3.10^8 m/s, thậm chí không phụ thuộc vào hệ quy chiếu, nó thay đổi hoàn toàn
quan điểm của cơ học cổ điển của Isaac Newton, thúc đẩy Albert Einstein tìm ra lý
thuyết tương đối. Sóng điện từ là sóng ngang, nó là sự lan truyền của các dao động liên
quan đến tính chất có hướng của các phần tử, mà hướng dao động vuông góc với
hướng lan truyền. Trong tương tác với các hạt cơ bản, nguyên tử, phân tử, sóng điện từ
phụ thuộc nhiều vào bước sóng. Trong đó sóng Radio ít tương tác nhất vì có bước
sóng ngắn, nó có khả năng vượt qua khoảng cách dài mà không mất năng lượng nhiều
do tương tác nên được sử dụng nhiều trong truyền thông tin. Khi thu sóng bằng anten
người ta vận dụng sự tương tác giữa điện trường của sóng và các vật dẫn điện. Các
dòng điện sẽ dao động qua lại trong các vật dẫn điện dưới ảnh hưởng của dao động
điện trong sóng Radio.
Thuyết điện từ chỉ ra rằng ở đâu có điện trường biến thiên thì ở đó xuất hiện từ
trường, và ngược lại ở đâu xuất hiện từ trường biến thiên thì ở đó xuất hiện điện
trường. Đó là lí do mà sóng điện từ có thể lan truyền trong không khí. Dựa vào tính
chất đó người ta phát minh ra kĩ thuật vô tuyến truyền thanh ( kĩ thuật Radio ), là thiết
bị ứng dụng chuyển giao thông tin không dây, dùng cách biến điệu sóng điện từ có tần
số thấp hơn tần số sóng ánh sáng. Sóng Radio có tần số trong khoảng 3Hz - 300Ghz.

12


2.2. Sơ lƣợc về ATMEGA 16
2.2.1. Tổng quan về ATMEGA 16
AVR là một họ vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất ( Atmel cũng là nhà sản
xuất dòng vi điều khiển 89C51 mà có thể bạn đã từng nghe đến ). AVR là chip vi điều
khiển 8 bits với cấu trúc tập lệnh đơn giản hóa RISC ( Reduced Instruction Set
Computer ), một kiểu cấu trúc đang thể hiện ưu thế trong các bộ xử lí.

Hình 2.2. Sơ đồ chân atmega16
Lõi AVR kết hợp những tập lệnh với 32 thanh ghi làm việc với mục đích chung.
Cả 32 thanh ghi đều được kết nối trực tiếp đến ALU. Cho phép truy suất 2 thanh ghi
làm việc độc lập với chu kỳ máy. Với kiến trúc RISC này cho phép CPU làm việc
nhanh gấp 10 lần kiến trúc CISC.

13


Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc bên trong AVR
AVR là họ vi điều khiển 8 bit theo công nghệ mới, với những tính năng rất mạnh
được tích hợp trong chip của hãng Atmel theo công nghệ RISC, nó mạnh ngang hàng
với họ vi điều khiển 8 bit khác như PIC. Do ra đời muộn hơn nên họ vi điều khiển
AVR có nhiều tính năng mới đáp ứng tối đa nhu cầu của người sử dụng, so với họ
8051 89xx sẽ có độ ổn định, khả năng tích hợp, sự mềm dẻo trong việc lập trình và rất
tiện lợi.
- Tính năng mới của họ AVR:
- Giao diện SPI đồng bộ.
- Các đường dẫn vào/ra (I/O) lập trình được.
- Giao tiếp I2C.
- Bộ biến đổi ADC 10 bit.
- Các kênh băm xung PWM.

14


- Các chế độ tiết kiệm năng lượng như sleep, stand by...
- Một bộ định thời Watchdog.
- 2 bộ Timer/Counter 8 bit.
- 1 bộ Timer/ Counter 16 bit.
- 1 bộ so sánh analog.
- Bộ nhớ EEPROM.
- Giao tiếp USART..v..v..
Atmega16 có đầy đủ tính năng của họ AVR, về giá thành so với các loại khác thì
giá thành là vừa phải khi nghiên cứu và làm các công việc ứng dụng tới vi điều khiển.
Tính năng:
- Bộ nhớ 32K ( flash ), 1024 byte (EEPROM), 2K (SRAM).
- Đóng vỏ 40 chân, trong đó có 32 chân vào ra dữ liệu chia làm 4 PORT
A, B, C, D. Các chân này đều có chế độ pull_up resistors.
- Giao tiếp SPI - Giao diện I2C - Có 8 kênh ADC 10 bit.
- 1 bộ so sánh analog - 4 kênh PWM.
- 2 bộ timer/counter 8 bit, 1 bộ timer/counter1 16 bit.
- 1 bộ định thời Watchdog.
- 1 bộ truyền dẫn nhận UART lập trình được.
2.2.2. Mô tả chân linh kiện
VCC & GND chân cấp nguồn cho VĐK.
PORTA (PA7....PA0)
Được dành riêng cho ngõ vào analog của bộ chuyển đổi ADC. Ngoài ra PORTA
còn được sử dụng như 1 PORT vào ra 2 hướng nếu bộ chuyển đổi ADC không sử
dụng. Mỗi chân của PORTA được cấp điện trở kéo bên trong. Bộ đệm ngõ ra của
PORTA được điều khiển cho cả 2 khả năng, sink dòng và soure dòng. Khi PORTA sử
dụng ngõ vào, chúng sẽ Soure dòng nếu điện trở kéo lên bên trong tích cực.
PORTB (PB7...PB0)
PORTB được sử dụng như 1 PORT vào ra 2 hướng với điện trở kéo lên bên
trong. Mỗi chân của PORTB được cung cấp điện trở kéo lên bên trong. Bộ đệm đầu ra

15


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×