ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1

MỤC LỤC

SVTH: Nguyễn Minh Tuyền

Page 1


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1

Lời nói đầu
Ngày nay, việc ứng dụng những thành tựu của khoa học kỹ thuật tiên tiến,
thế giới của chúng ta đã và đang ngày một phát triển, văn minh và hiện đại hơn.
Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc
điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất
cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao.
Các bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển tuy đơn giản nhưng để vận hành
và sử dụng được lại là một điều rất phức tạp. Các bộ vi điều khiển theo thời gian
cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn đã tiến triển rất nhanh, từ các bộ
vi điều khiển 4 bit đơn giản đến các bộ vi điều khiển 32 bit, rồi sau này là 64
bit. Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp
ứng được những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công – nông – lâm – ngư
nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hằng ngày.
Một trong những ứng dụng thiết thực trong đó là ứng dụng về nhiệt kế
điện tử. Qua những kiến thức đã học được ở môn Vi Điều Khiển, chúng em đã
quyết định nhận làm đồ án môn học: Thiết kế, chế tạo robot lau nhà sử dụng
vi điều khiển.
Mặc dù đã rất cố gắng thiết kế và hoàn thành đồ án đúng thời hạn nhưng
do thời gian ngắn và năng lực còn hạn chế nên vẫn còn những sai sót. Chúng em
mong thầy giáo góp ý để việc học tập của chúng em được tốt hơn.

.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
Ngày

Tháng

CHỮ KÝ GIÁO VIÊN

SVTH: Nguyễn Minh Tuyền

Page 3

Năm


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ROBOT LAU NHÀ.
1.Giới thiệu các loại robot lau nhà.
Các loại robot lau nhà hiện nay có những kỹ thuật dẫn đường cho robot khác
nhau. Có hai hướng chính đó là sử dụng cảm biến và sử dụng hình ảnh.
1.1. Robot lau nhà sử dụng cảm biến.
Trên thị trường có rất nhiều loại robot lau nhà sử dụng cảm biến để tránh vật
cản, tất cả đều hoạt động theo nguyên tắc chung là sử dụng cảm biến siêu âm
hoặc là cảm biến hồng ngoại để nhận biết vật cản.
Ưu điểm của việc sử dụng cảm biến cho robot lau nhà là tín hiệu vào ra ở
hai mức là cao và thấp lên dễ cho việc lập trình điều khiển.
1.2. Robot lau nhà sử dụng xử lý hình ảnh.
Với phương án xử lý hình ảnh, chúng ta sử dụng camera để quét trên trần



ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ LINH KIỆN SẼ DÙNG.

2.1 Thiết kế sơ đồ khối và chức năng từng khối.

Hình 2.1: Sơ đồ khối toàn mạch.
-

Khối nguồn: Cung cấp nguồn điện cho toàn mạch hoạt động.

-

Khối cảm biến: Nhận biết vật cản.

-

Khối điều khiển: Nhận biết và xử lý tín hiệu từ khối cảm biến, đồng thời
điều khiển tín hiệu ra khối động lực.

-

Khối động lực: Nhận biết tín hiệu từ khối điều khiển để điểu khiển hướng
đi cho robot.

SVTH: Nguyễn Minh Tuyền

Page 6



ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1

- Xung kích phát 10us mức cao tương thích TTL.
Một số yêu cầu về khoảng thời gian thu phát siêu âm:
Tín hiệu xung kích phát siêu âm được giữ ở mức thấp (logic 0) và sau đó
đưa lên mức cao (logic 1) trong 10us để khởi phát xung siêu âm. Xung siêu âm
được tạo ra thông qua sườn xuống của tín hiệu lối vào. Sau khi được kích phát,
sóng siêu âm sẽ được phát ra trong 8 chu kì burst. Bộ nhận sẽ giữ khoảng trống
trong khoảng thời gian chừng 100us để tránh nhiễu, ồn từ các âm sắc nhọn của
sự khởi phát và sau đó cho phép nghe âm thanh phản xạ. Đường tín hiệu dội âm
ở mức thấp cho đến khi cho phép nhận âm thanh. Khi quá trình nhận được cho
phép, bộ thu sẽ phát hiện sườn xuống của tín hiệu dội âm (nếu có vật) hoặc
timeout (vượt quá thời gian cho phép). Việc đo thời gian được tiến hành từ
sườn xuống của tín hiệu lối vào và kết thúc khi sườn xuống của tín hiệu dội âm.
Nếu không có vật được phát hiện xung phản xạ sẽ vượt quá thời gian cỡ 36ms.
Nguyên tắc hoạt động :
-Vùng hoạt động của cảm biến siêu âm được xác định bằng cách truyền một
xung âm thanh ra bên ngoài . Xung này sẽ di chuyển với tốc độ âm thanh trong
vùng hình nón.
-Và âm thanh phản hồi lại từ vùng này khi có bất kỳ vật cản nào trên đường đi
của sóng siêu âm.
-Để xác định vùng làm việc bạn cần 2 chân : chân input trigger và chân tạo xung
output.

SVTH: Nguyễn Minh Tuyền

Page 8



Một động cơ servo (Servo Motors) là một tổ hợp chung cơ bản của bốn
bộ phận: một động cơ điều khiển tốc độ DC, một bánh răng, một vi điều khiển
và một cảm biến.
Khả năng định vị của động cơ servo thường được tính toán để kiểm soát
được chính xác hơn so với những động cơ DC thông thường khác. Động cơ
servo thường cấu tạo gồm 3 dây: dây nguồn, dây tiếp đất và dây điều khiển.
Không giống như động cơ DC hoạt động trên cơ chế xoay chiều bật tắt nguồn,
năng lượng (nguồn điện) của động cơ servo được nạp vào liên tục. Động cơ
servo hoạt động bằng việc kiểm soát dòng điện, giúp động cơ định hướng chính
xác hướng hoạt động của mình.
Động cơ servo được thiết kế để dừng tại một vị trí cụ thể. Các vị trí này
cần được tính toán chính xác để khiến máy móc hoạt động được đúng với mục
tiêu đề ra theo ý đồ của người thiết kế. Ví dụ như kiểm soát các bánh lái trên
một chiếc thuyền hoặc cần khiến một cánh tay robot hay chân robot di chuyển
trong một phạm vi nhất định.
SVTH: Nguyễn Minh Tuyền

Page 10


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1

Hình 2.2.1d: Động cơ servo
Động cơ servo sẽ không quay như động cơ DC thông thường vốn hoạt
động xoay qua lại với góc quay đạt tới mốc 360 độ (hoặc hơn). Trong khi đó,
động cơ servo sẽ hoạt động bằng việc nhận một tín hiệu lệnh quyết định góc vị
trí ở đầu ra và sử dụng sức mạnh (cơ năng) của một động cơ DC cấu tạo bên
trong sẽ quay trục quay đến đúng vị trí. Vị trí này được xác định bởi các vi cảm
biến.
PWM được sử dụng cho các tín hiệu lệnh của động cơ servo. Tuy nhiên,

- 128 Byte RAM nội
- 4 Port xuất/nhập (I/O) 8 bit
- Giao tiếp nối tiếp
- 64 KB vùng nhớ mã ngoài
- 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài
- Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn)
- 210 vị trí nhớ có thể định vị bit
- 4μs cho hoạt động nhân hoặc chia

SVTH: Nguyễn Minh Tuyền

Page 12


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1

SVTH: Nguyễn Minh Tuyền

Page 13


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
+, Sơ đồ khối AT89C51
INT1\ INT0\
SERIAL PORT TEMER0
TEMER1
TEMER2 8032\8052

128 byte RAM
8032\8052

Address\Data

Hình 2.2.2a: Sơ đồ khối của AT89C51

SVTH: Nguyễn Minh Tuyền

Page 14


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1

Hình 1.2.1b: Sơ đồ chân của AT89C51
*, Chức năng các chân của AT89C51
+ Port 0 (P0.0 – P0.7 hay chân 32 – 39): Ngoài chức năng xuất nhập ra,
port 0 còn là bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ (AD0 – AD7), chức năng này sẽ được
sử dụng khi AT89C51 giao tiếp với thiết bị ngoài có kiến trúc bus.
+ Port 1 (P1.0 – P1.7 hay chân 1 – 8): có chức năng xuất nhập theo bit
và byte. Ngoài ra, 3 chân P1.5, P1.6, P1.7 được dùng để nạp ROM theo chuẩn
ISP, 2 chân P1.0 và P1.1 được dùng cho bộ Timer 2.
+ Port 2 (P2.0 – P2.7 hay chân 21 – 28): là một port có công dụng kép.
Là đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng
bộ nhớ mở rộng.

SVTH: Nguyễn Minh Tuyền

Page 15


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
+ Port 3 (P3.0 – P3.7 hay chân 10 – 17): mỗi chân trên port 3 ngoài


+ RST (Reset – chân 9): mức tích cực của chân này là mức 1, để reset ta
phải đưa mức 1 (5V) đến chân này với thời gian tối thiểu 2 chu kỳ máy (tương
đương 2µs đối với thạch anh 12MHz.
+ XTAL 1, XTAL 2: AT89S52 có một bộ dao động trên chip, nó thường
được nối với một bộ dao động thạch anh có tần số lớn nhất là 33MHz, thôn
thường là 12MHz.
+ EA (External Access): EA thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc
mức thấp (GND). Nếu ở mức cao, bộ vi điều khiển thi hành chương trình từ
ROM nội. Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở rộng.
+ ALE (Address Latch Enable): ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một
thanh ghi bên ngoài trong nửa đầu của chu kỳ bộ nhớ. Sau đó các đường port 0
dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nửa chu kỳ sau của bộ nhớ.
+ PSEN (Program Store Enable): PSEN là điều khiển để cho phép bộ
nhớ chương trình mở rộng và thường được nối với đến chân /OE (Output
Enable) của một EPROM để cho phép đọc các bytes mã lệnh. PSEN sẽ ở mức
thấp trong thời gian đọc lệnh. Các mã nhị phân của chương trình được đọc từ
EPROM qua Bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của bộ vi điều khiển để giải

SVTH: Nguyễn Minh Tuyền

Page 16


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
mã lệnh. Khi thi hành chương trình trong ROM nội, PSEN sẽ ở mức thụ động
(mức cao).
+ Vcc, GND: AT89S52 dùng nguồn một chiều có dải điện áp từ 4V –
5.5V được cấp qua chân 40 (Vcc) và chân 20 (GND).
2.2.3 Khối động lực.



ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1

Hình 2.2.3d: Cấu tạo động cơ dc.

Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm
vĩnh cửu, hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với
nguồn điện một chiều.
2.2.4 Khối nguồn.
a, ic 7805.

Hình 2.2.4a: ic 7805.
Chức năng của ic7805 cho điện áp đầu ra luôn bằng 5V.

SVTH: Nguyễn Minh Tuyền

Page 19


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1
b, Tụ điện.

Hình 2.2.4b: Tụ điện.
Tụ điện có chức năng lọc gợn sóng, san phẳng điện áp.
c, pin cell.

Hình 2.2.4c: pin cell.
Chức năng của pin cung cấp nguồn điện dc cho mạch.


đầu cho hệ thống.

SVTH: Nguyễn Minh Tuyền

Page 21


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1

Hình 3.1.2: Sơ đồ mạch vi xử lý
3.1.3 Thiết kế mạch cảm biến.

SVTH: Nguyễn Minh Tuyền

Page 22


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1

Hình 3.1.3Sơ đồ mạch khối cảm biến.
Khối cảm biến gồm có một cảm biến siêu âm được gắn trên trục xoay của
động cơ servo. Cảm biến siêu âm đo khoảng cách từ robot tới vật cản bằng cách
tính thời gian từ lúc sóng siêu âm được phát ra đến vật chắn rồi phản hồi về.
Sử dụng bằng cách truyền một xung vào chân trigger của module, sau đó
chờ một xung trả về trên chân echo, đo khoảng thời gian từ lúc truyền tới lúc
nhận, chia đôi rồi nhân với vận tốc cho ta khoảng cách đến vật cản cần đo.
Động cơ servo có nhiệm vụ thay đổi hướng cảm biến, thay đổi hướng đo
để nhận biết hướng nào có vật cản và không có vật cản cho robot hoạt động.

SVTH: Nguyễn Minh Tuyền

H
L
L
X

2A
L
L
H
H
X

3A
H
L
H
L
X

4A
L
H
L
H
X

SVTH: Nguyễn Minh Tuyền

Page 25