BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI – BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
KHỔNG THỊ PHƯƠNG THẢO
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
XE TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN SỬ DỤNG CẢM BIẾN
SIÊU ÂM SRF05 VÀ CÓ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA
HẢI PHÒNG – 2014
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
KHỔNG THỊ PHƯƠNG THẢO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
XE TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN SỬ DỤNG CẢM BIẾN
SIÊU ÂM SRF05 VÀ CÓ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA
NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ; MÃ SỐ: D114
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Người hướng dẫn khoa học: Ths. Phạm Trung Minh
HẢI PHÒNG - 2014
LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự
hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của mọi người xung
quanh. Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ,
đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của Thầy Cô, gia đình và bạn bè.
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô trong khoa
Công Nghệ Thông Tin – Trường Đại Học Hàng Hải đã cùng với tri thức và tâm
huyết của mình truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian
học tập tại trường. Và em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy giáo Th.s
Phạm Trung Minh, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, cung cấp cho em
những kiến thức và tài liệu về Robotics cần thiết để em hoàn thành khóa luận
này.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đã luôn tạo điều

3.1. Khối nguồn 28
3.1.1. Thông số chính của mạch 28
3.1.2. Linh kiện cần có trong mạch 28
3.1.3. Nguyên tắc hoạt động của mạch 29
4
3.2. Khối điều khiển trung tâm 31
3.2.1. Khối reset 32
3.2.2. Khối tạo xung dao động 33
3.2.3. Khối vi điều khiển 34
3.3. Khối điều khiển động cơ 35
3.3.1. Sử dụng IC L298 35
3.3.2. Điều khiển 2 động cơ bằng phương pháp điều xung PWM 36
3.3.3. Mạch cầu H 41
3.3.4. Đối tượng điều khiển: Động cơ DC 43
3.4. Hệ thống cảm biến 44
3.4.1. Cảm biến siêu âm SRF05 44
3.5. Khối hiển thị 46
3.6. Sơ đồ thuật toán điều khiển xe tự hành tránh vật cản 48
3.7. Sơ đồ nguyên lý mạch 49
49
50
3.8. Chuẩn bị linh kiện thi công 51
51
3.9. Sản phẩm 51
51
CHƯƠNG 4 – pHƯƠNG PHÁP điỀu khiỂn TỪ XA BẰNG SÓNG RF 52
4.1. Điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến RF 52
4.1.1. Hoạt động 52
4.1.2. Ưu điểm 52
4.1.3. Nhược điểm 53

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. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài:
- Nghiên cứu nguyên lý đo khoảng cách của cảm biến siêu âm SRF05
- Phương pháp điều khiển động cơ (theo phương thức tự hành)
- Phương pháp điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến RF
7
Phạm vi nghiên cứu: Không gian làm việc của xe là 1 mặt phẳng được giới
hạn bởi các bức tường, các vật cản được xem là vật cản 2 chiều tĩnh hoàn
toàn
4. Phương pháp nghiên cứu khoa học
Sử dụng kết hợp các phương pháp như:
- Phương pháp điều xung PWM
- Phương pháp đảo chiều động cơ( mạch cầu H)
- Phương pháp điều khiển bằng sóng vô tuyến RF
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
a) Ý nghĩa khoa học
Xây dựng được cơ sở khoa học về khả năng tự hành tránh vật cản của
robot sử dụng cảm biến siêu âm cũng như khả năng nhận sự điều khiển từ xa
thông qua sóng vô tuyến RF
b) Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Tiềm năng ứng dụng của xe tự hành là lớn, có thể kể đến robot vận hành
vật liệu, hàng hóa trong các tòa nhà, nhà máy, cửa hàng, sân bay hay thư
viện… robot xe lăn phục vụ người khuyết tật,…
8
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Giới thiệu bài toán

Echo xuống mức thấp, khi chân Echo xuống mức thấp dừng timer và tính
toán giá trị từ timer để suy ra khoảng cách
Robot hoạt động theo phương pháp điều khiển từ xa bằng sóng RF
Robot được điều khiển bằng tần số vô tuyến(RF) sử dụng nguyên lý tương tự
như điều khiển bằng tia hồng ngoại nhưng thay vì gửi đi các tín hiệu ánh sáng,
nó lại truyền sóng vô tuyến tương ứng với các lệnh nhị phân. Bộ phận thu sóng
vô tuyến trên thiết bị được điều khiển nhận tín hiệu và giải mã nó
1.2. 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”.
1.3. Yêu cầu cần thực hiện
 Hoàn chỉnh thiết kế và thi công xe tự hành có cảm biến tự tránh vật cản,
có bộ thu RF để nhận sự điều khiển từ người dùng.
 Xây dựng thiết bị có bộ phát RF, điều khiển sự hoạt động của xe.
1.4. Các chức năng cần có trong bài toán
10
 Robot có khả năng tự tránh vật cản dựa vào 3 sensor cảm biến siêu âm
SRF05, cảm nhận môi trường xung quanh robot
 Robot có khả năng hoạt động dưới sự điều khiển từ xa của người dùng
thông qua sóng vô tuyến RF
1.5. Các khối chức năng cần có
Từ việc xác định các chức năng cần phải có trong bài toán ta xác định được bài
toán cần các khối chức năng sau
 Khối nguồn: chức năng cấp nguồn điện đầu vào +5V cho hệ thống
 Khối điều khiển trung tâm: gồm 3 khối nhỏ ( khối reset, khối tạo xung
dao động và khối vi điều khiển)
- Khối reset: chức năng reset hệ thống trở về trạng thái ban đầu
- Khối tạo xung dao động: chức năng tạo xung nhịp với tần số thạch anh
20MHz

nghiên cứu xe tự hành chuyển động bằng bánh, xe tự hành chuyển động bằng
bánh làm việc tốt trong hầu hết các địa hình do con người tạo ra. Điều khiển di
chuyển bằng bánh cũng đơn giản hơn nhiều, gần như luôn đảm bảo tính ổn định.
Lớp chuyển động bằng bánh có thể chia ra làm 3 loại: loại chuyển động bằng
bánh xe, loại chuyển động bằng vòng xích và loại hỗn hợp bánh xe vòng xích.
Tiềm năng ứng dụng của xe tự hành là lớn, có thể kể đến robot vận hành
vật liệu, hàng hóa trong các tòa nhà, nhà máy, cửa hàng, sân bay hay thư viện…
robot xe lăn phục vụ người khuyết tật,…
Mặc dù nhu cầu ứng dụng cao, nhưng những hạn chế chưa giải quyết
được của robot tự hành như chi phí chế tạo cao đã không cho phép chúng được
12
ứng dụng rộng rãi. Ngoài ra còn phải kể thêm nhược điểm của robot tự hành là
thiếu tính linh hoạt và thích ứng khi làm việc ở những vị trí khác nhau.
2.2. Mô hình hóa và động học robot
Kết cấu robot lựa chọn gồm 3 bánh trong đó 2 bánh chủ động (phía trước) và 1
bánh tùy động (phía sau) có khả năng tùy ý.
Với kết cấu cơ khí này robot có khả năng di chuyển rất linh hoạt, lùi và quay 1
góc bất kỳ.
13
Hình 2.1: Mô hình và động học robot
Gọi s1, s2 là đoạn dịch chuyển từ bánh xe tùy động tới 2 bánh chủ động
Ta có:
=
=
Với 1, 2, r lần lượt là lượng dịch chuyển quay và bán kính của 2 bánh chủ
động.
T là khoảnh cách giữa 2 bánh, và là bán kính và góc dịch chuyển của
robot trong mặt phẳng nằm ngang. Khi đó
14
= ( )

xảy ra là nếu bản đồ môi trường làm việc không được khai báo chính
xác, yêu cầu biết trước hoàn toàn môi trường hoạt động cũng là 1
nhược điểm.
Trong tiểu luận em tập trung vào việc giải quyết bài toán tìm đường cục bộ
nhưng ở mức độ đơn giản. Môi trường làm việc của robot là 1 mặt phẳng, được
16
giới hạn bởi các bức tường, các vật cản được xem là vật cản 2 chiều , tĩnh hoàn
toàn.
Ở bài toán cục bộ robot được trang bị sensor xác định khoảng cách từ bánh xe
tùy động tới vật cản.
2.3.1. Bài toán tìm đường cục bộ
Một cách tìm đường cục bộ khá hoàn hảo là phương pháp bản đồ noron
cực của Michail G. Lagoudakis (1998) dùng 16-32 cảm biến gán trên con robot
Normad tạo trường cảm biến bao phủ xung quanh con robot, thuật toán sử dụng
là thuật toán ánh xạ noron tương đối phức tạp. Do giới hạn của tiểu luận phương
pháp này không đề cập đến.
Phương pháp được đề cập đến ở đây sử dụng 3 cảm biến dò đường xác định
khoảng cách từ bánh xe tùy động tới vật cản. tùy vào khoảng cách tới vật cản
ứng với từng cảm biến, ta xác định được phương hướng di chuyển robot phù
hợp.
Hình 2.2: Cách đặt ba cảm biến của robot
Các cảm biến được đặt lệch 1 góc α ( chọn α=25°) khoảng cách lớn nhất
tính từ D mà các cảm biến có thể nhận diện được vật cản là dmax, dmax và α
phải đảm bảo sao cho cảm biến có vùng kiểm tra đủ rộng để khi tiến thẳng robot
có thể nhận diện được vật cản.
17
Hình 2.3: Không gian làm việc của robot trong mặt phẳng 2 chiều
Gọi:
Các ứng xử của robot khi sensor phát hiện vật cản.
Có 7 tình huống khác nhau khi sensor phát hiện vật cản, mỗi tình huống cần có

⊗ Hỏi: ưu và nhược điểm của phương pháp là gì?
⊗ Trả lời: ưu điểm chính của phương pháp là robot chỉ phải sử dụng 3 cảm biến
đo khoảng cách cùng 1 thuật toán đơn giản, mà hiệu quả quá trình tìm đường
của robot khá cao.
Nhược điểm chính là robot không thể xác định đầy đủ biên của vật cản do chỉ
có 3 cảm biến vì vậy dẫn đến tình huống robot vẫn có thể chạm vật hoặc
không về được đích.
⊗ Hỏi: Robot sử dụng 3 cảm biến có khả năng chạm vật cản không?
⊗ Trả lời: robot sử dụng 3 cảm biến vẫn có khả năng chạm vật cản. tuy nhiên
khả năng đó ít xảy ra do robot có thêm thủ tục lùi lại khi cảm biến phát hiện
22
vật cản quá gần robot. Muốn robot hoàn toàn không chạm vật, ta cần có 1 hệ
cảm biến bao phủ toàn bộ 1 vùng xung quanh robot cùng 1 thuật toán phức
tạp hơn.
2.3.2. Thuật toán xử lý kết quả đo khoảng cách để xuất lệnh
Void xu_ly()
{
Int8 Lenh_tam = lenh;
If ( khoang_cach_phai < khoang_cach_min || khoang_cach_trai < khoang
_cach_min)
{
If ( lenh != lenh_lui || lenh!= lenh_lui_phai || lenh != lenh_lui_trai)
{
If ( khoang_cach_trai = khoang_cach_phai )
{
lenh= lenh_lui; // lùi xe
Dieu_khien(); // đưa lệnh tới động cơ
If (Lenh_tam != lenh_lui)
Delay_ms(time );
}

Dieu_khien (); // đưa lệnh tới động cơ
}
Return;
}
If ( (khoang_cach_trai > khoang_cach_max) && (khoang_cach_phai >
khoang_cach_max ))
{
lenh = lenh_tien; // điều khiển xe tiến
Dieu_khien (); // đưa lệnh tới động cơ
Return ;
}
}
24
CHƯƠNG 3 – CẤU TẠO PHẦN CỨNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
ĐIỀU KHIỂN TRONG ROBOT TỰ HÀNH TRÁNH VẬT CẢN
Phân tích cấu tạo và chức năng của các khối trong sơ đồ mạch điều khiển của
xe tự hành tránh vật cản:
Hình 3.1: Sơ đồ mạch của hệ thống điều khiển xe tự hành tránh vật cản
25

Trích đoạn IC PT2262 Nguyên lý hoạt động của mạch

---