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


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

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

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



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

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.

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

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

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.


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

- 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.