i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
oOo
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠNG KHÔNG DÂY
ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ROBOT TỰ ĐỘNG
VẬN CHUYỂN HÀNG HÓA GVHD : KS. PHAN NGUYỄN PHỤC QUỐC
SVTH : VŨ MINH HOÀNG
LỚP : DD08KSTD
MSSV : 40800732
TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12/2012



Nội dung và yêu cầu LATN đã được thông qua Bộ môn.

Ngày……tháng…….năm 200…
Chủ nhiệm bộ môn Người hướng dẫn chính
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN
Người duyệt (Chấm sơ bộ):
Đơn vị:
Ngày bảo vệ:
Điểm tổng kết:
Nơi lưu trữ của luận án:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA- XÃ HỘI- CHỦ NGHĨA-VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ***
Ngày___tháng____năm_______
PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN
(Dành cho người hướng dẫn)
1. Họ và tên SV: VŨ MINH HOÀNG MSSV: 40800732
Chuyên ngành: Điều khiển tự động
2. Đề tài:
Xây dựng mô hình mạng không dây



b)

c)

10. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, trung bình)……………….Điểm: ……./10
Kí tên (ghi rõ họ tên)BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA- XÃ HỘI- CHỦ NGHĨA-VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ***
Ngày___tháng____năm_______
PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN
(Dành cho người phản biện)
1. Họ và tên SV: VŨ MINH HOÀNG MSSV: 40800732
Chuyên ngành: Điều khiển tự động
2. Đề tài:
Xây dựng mô hình mạng không dây

điều khiển hệ thống robot tự động vận chuyển hàng hóa

3. Họ và tên người hướng dẫn: KS. PHAN NGUYỄN PHỤC QUỐC
4. Tổng quát về bản thuyết minh:
Số trang: Số chương:
Số bảng số liệu: Số hình vẽ:
Số tài liệu tham khảo: Phần mềm tính toán:
Sản phẩm:
5. Tổng quát các bản vẽ:
Số bản vẽ: bản A1 bản A2 khổ khác:

…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………

ii Lời cảm ơn
Xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thầy tận tuỵ

hóa tự động trong các kho hàng nhằm giải phóng sức lao động của con người.
Trong khuôn khổ một luận văn tốt nghiệp đại học, ở đây ta chỉ xây dựng một mô hình hệ
thống thử nghiệm, nghĩa là giải thuật chương trình trên mô hình có thể áp dụng trực tiếp vào
hệ thống vận hành thật sự với một số các ràng buộc về phần điện.
Mô hình trong luận văn được thiết kế gồm hai robot slave di chuyển trên sàn làm việc theo
phương pháp dò line được điều khiển bởi vi điều khiển ARM Cortex M3 LM3S5R31 và một
master làm trạm điều hành trung tâm sử dụng vi điều khiển ARM Cortex M4 LM4F232 của
hãng Texas Instrument. Master và các robot slave sẽ giao tiếp với nhau thông qua sóng RF sử
dụng module eZ430-RF2500 theo giao thức được quy định.
Luận văn đã thực hiện được mô hình hệ thống khá ổn định. Trong đó các robot slave đã
vận chuyển các gói hàng đúng theo mong muốn của người vận hành và có khả năng tránh va
chạm ở các giao lộ. Chương trình trên máy tính thể hiện chính xác vị trí robot ở lần cập nhật
vị trí cuối cùng trên sàn làm việc. Giao thức mạng được thiết lập cho phép master có thể kiểm
soát sự tồn tại của các slave trong mạng, từ đó sẽ có các quyết định phân phối làn đường hợp
lý. Giao thức mạng tạo ra các địa chỉ ứng với từng đối tượng trong mạng cho phép master và
slave giao tiếp với nhau nhanh chóng và chính xác.
Tuy còn một số hạn chế nhưng đề tài đã tạo được một mô hình hệ thống vận chuyển hàng
hóa tự động khá ổn định và có nhiều khả năng ứng dụng nếu được tiếp tục phát triển. iv

MỤC LỤC

Trang bìa i
Nhiệm vụ luận văn tốt nghiệp
Lời cảm ơn ii
Tóm tắt Luận văn iii
Mục lục iv
Danh sách hình ảnh vii

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

3.1 Giới thiệu về Module TI eZ430-RF2500: 8

3.1.1 Giới thiệu về Module RF Transceiver CC2500: 8

3.1.2 Một vài thông số nổi bật của Module RF Transceiver CC2500: 9

3.1.3 Giới thiệu về Module TI eZ430-RF2500: 9

3.1.4 Giới thiệu về MCU TI MSP430F2274: 10

3.2 Giới thiệu PIF 5R31 Development Kit: 11

3.2.1 Giới thiệu MCU TI Stellaris LM3S5R31: 12

3.2.2 Module System Timer: 13

3.2.3 Module General Timer: 14

3.2.4 Module Pulse Width Modulator (PWM): 15v

3.2.5 Module Quadrature Encoder Interface (QEI): 16

3.2.6 Module Universal Asynchronous Receivers/Transmitters (UARTs): 17

3.2.7 Module Analog-to-Digital Converter (ADC): 18


3.6.1 Nguyên tắc phân biệt line đen và trắng: 35

3.6.2 Nguyên tắc điều khiển robot bám theo line: 37

3.6.3 Áp dụng thuật toán PID vào dò line: 39

CHƯƠNG 4

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 40

4.1 Mạch điện tử: 40

4.1.1 Mạch dò line: 40

4.1.2 Mạch cầu H: 42

4.1.3 Mạch Stamp slave: 44

4.2 Thiết kế và thi công cơ khí: 46

4.2.1 Thiết kế và thi công sàn làm việc của robot: 46

4.2.2 Thi công mô hình robot: 50

4.3 Xây dựng giải thuật giao tiếp trong mạng không dây: 51

4.3.1 Các quy tắc giao tiếp trong mạng: 51
6.1 Những kết quả đạt được: 83

6.2 Khả năng ứng dụng: 83

6.3 Những hạn chế còn tồn tại và hướng giải quyết: 83

6.4 Hướng phát triển của đề tài: 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 86

PHỤ LỤC 87

vii

DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Hình ảnh một số robot 1

Hình 1.2 Hình ảnh một số robot tự hành 2

Hình 1.3 Một số hình ảnh về hệ thống robot Kiva 4

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống 6

Hình 3.1 Module CC2500 8

Hình 3.2 Sơ đồ khối bên trong module CC2500 9


Hình 3.18 Module Reader RFID ACE630 26

Hình 3.19 Frame dữ liệu của module Reader RFID ACE630 26

Hình 3.20 Thẻ (Tag) 125 kHz 27viii

Hình 3.21 Mô hình một hệ thống servo 27

Hình 3.22 Động cơ DC servo sử dụng trong luận văn 28

Hình 3.23 Bộ điều khiển PID 32

Hình 3.24 Thiết kế cơ bản của mạch cầu H 32

Hình 3.25 Mạch cầu H chế độ thuận 33

Hình 3.26 Mạch cầu H chế độ nghịch 33

Hình 3.27 Sơ đồ cấu tạo của IR2184 34

Hình 3.28 Quang trở 35

Hình 3.29 Mạch ứng dụng quang trở 36

Hình 3.30 Cách sắp xếp quang trở và Led trên mạch dò line 37

Hình 3.31 Mạch dò line sử dụng 4 cảm biến 37

ix

Hình 4.12 Mô hình robot slave hoàn chỉnh 50

Hình 4.13 Cấu trúc frame hoàn chỉnh 51

Hình 4.14 Frame slave truyền để đăng ký sự hiện diện 52

Hình 4.15 Frame slave truyền vị trí hiện tại của nó 52

Hình 4.16 Frame slave truyền mã số gói hàng 52

Hình 4.18 Frame slave trả lời xác nhận việc đã nhận frame thành công 52

Hình 4.19 Frame master truyền kiểm tra sự tồn tại của slave 52

Hình 4.20 Frame master truyền yêu cầu slave dừng/chạy 53

Hình 4.21 Frame master truyền địa chỉ kho của gói hàng 53

Hình 4.22 Frame master truyền xác nhận việc nhận 1 frame thành công 53

Hình 4.23 Frame truyền từ module eZ430-RF2500 đến master/slave 54

Hình 4.24 Frame truyền từ master/slave đến module eZ430-RF2500 54

Hình 4.25 Mô hình giao tiếp giữa master với các module 57

Hình 4.26 Các module sử dụng trên vi điều khiển của master 57


máy tính hoặc các vi mạch điện tử được lập trình. Robot có thể được phân loại ra các dạng tự
động hoàn toàn, bán tự động và điều khiển từ xa.
Trên thế giới ngày nay, robot được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực, và phụ thuộc vào
từng lĩnh vực sẽ yêu cầu robot có các thiết kế, cấu trúc và chức năng khác nhau. Từ đó robot
có thể được phân loại thành các dạng chính như: robot tự hành (robot di động, mobile robot),
robot công nghiệp, robot cộng tác (collaborative robot), robot quân sự.

Hình 1.1 Hình ảnh một số robot
2

TỔNG QUAN
1.2 Robot tự hành:
Trong các loại robot trên thì robot tự hành được ứng dụng rộng rãi nhất trong mọi lĩnh vực,
mọi môi trường. Theo lý thuyết, môi trường hoạt động của robot tự hành có thể là đất, nước,
không khí, không gian vũ trụ hay sự tổ hợp giữa chúng. Địa hình bề mặt mà robot di chuyển
trên đó có thể bằng phẳng hoặc thay đổi, lồi lõm. Theo bộ phận thực hiện chuyển động, ta có
thể chia robot tự hành làm 2 lớp: chuyển động bằng chân (legged) và bằng bánh (wheeled).
Trong lớp đầu tiên, chuyển động có được nhờ các chân cơ khí bắt chước chuyển động của con
người và động vật. Robot loại này có thể di chuyển rất tốt trên các định hình lồi lõm, phức
tạp. Tuy nhiên, cách phối hợp các chân cũng như vấn đề giữ vững tư thế là công việc cực kỳ
khó khăn. Lớp còn lại (di chuyển bằng bánh) tỏ ra thực tế hơn, chúng có thể làm việc tốt trên
hầu hết các địa hình do con người tạo ra. Điều khiển robot di chuyển bằng bánh cũng đơn
giản hơn nhiều, gần như luôn đảm bảo tính ổn định cho robot. Lớp này có thể chia làm 3 loại
robot: Loại chuyển động bằng bánh xe (phổ biến), loại chuyển động bằng vòng xích (khi cần
mô men phát động lớn hay khi cần di chuyển trên vùng đầm lầy, cát và băng tuyết), và loại
hỗn hợp bánh xe và xích (ít gặp).



4

TỔNG QUAN

Hình 1.3 Một số hình ảnh về hệ thống robot Kiva
1.2.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam:
Ở Việt Nam hiện nay hệ thống robot tự động vận chuyển hàng hóa trong sản xuất cũng đã
được áp dụng trong một số nhà máy lớn như nhà máy gạch Đồng Tâm ở dạng đơn giản.
Hệ thống robot tự động vận chuyển hàng hóa có khả năng ứng dụng vào bất cứ ngành nào
có nhu cầu vận chuyển số lượng lớn hàng hóa đến nhiều điểm khác nhau như trong ngành
hàng không chuyển các valy hành lý của hành khách về máy bay, trong các nhà máy cần vận
chuyển nguyên liệu đến các máy khác nhau hoặc vận chuyển thành phẩm đến chứa ở nhiều
kho riêng biệt.
Nói tóm lại ngày nay nhu cầu ứng dụng hệ thống vận chuyển hàng hóa tự động là rất lớn.
Vì vậy việc nghiên cứu và ứng dụng thành công hệ thống vận chuyển này ở Việt Nam có ý
nghĩa rất lớn trong việc áp dụng khoa học kỹ thuật giải phóng sức lao động của con người và
nâng cao năng suất lao động.

5

PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
Luận văn nhằm xây dựng một hệ thống các robot tự động vận chuyển hàng hóa từ một tổng
kho đến các kho phụ tùy thuộc vào gói hàng và có khả năng chọn được tuyến đường ít xung
đột nhất.
Hệ thống cơ bản gồm một trung tâm điều khiển (master) và các slave.

gói hàng tương ứng với một thẻ Tag RFID.
 Để người sử dụng giao tiếp với master một cách trực quan thì sẽ có chương trình
trên máy tính cho phép người sử dụng có thể cấu hình vị trí kho hàng cho các gói hàng dễ
dàng.
2.3 Phạm vi của luận văn
 Xây dựng mô hình robot slave có khả năng di chuyển theo line một cách hoàn
chỉnh.
 Xây dựng mô hình trạm điều khiển master.
 Xây dựng cấu trúc mạng không dây dùng giao tiếp giữa các slave với master mà sẽ
ứng dụng cấu trúc đó vào mạng RF trong luận văn này.
 Lập trình phần mềm cho phép tương tác giữa người dùng và master một các trực
quan nhất.
2.4 Sơ đồ tổng quát mô tả các module sử dụng trong luận văn

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống
Board Slave sẽ điều khiển hai động cơ của robot thông qua mạch công suất cầu H sao cho
robot bám theo line được thiết lập sẵn. Board slave sẽ đọc tín hiệu từ cảm biến dò line sử
dụng ADC. Board Slave giao tiếp với module reader ACE630 và module eZ420-RF2500 qua
chuẩn UART.
7

PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
Board master sẽ nhận bản tin từ slave nhờ giao tiếp với board eZ430-RF2500 sử dụng
chuẩn UART và giao tiếp với máy tính cũng sử dụng chuẩn UART.
Master và slave sẽ giao tiếp với nhau thông qua môi trường RF sử dụng module eZ430-
RF2500 của hãng Texas Instrument.



CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 3.2 Sơ đồ khối bên trong module CC2500
3.1.2 Một vài thông số nổi bật của Module RF Transceiver CC2500:
− Độ nhạy cao (-104 dBm ở tốc độ 2.4 kBaud, tỷ lệ lỗi gói 1%).
− Tiêu thụ ít năng lượng (dòng tiêu thụ 13.3 mA ở tốc độ 250 kBaud).
− Khả năng chọn lọc dữ liệu thu được.
− Có thể thay đổi tốc độ từ 1.2 đến 500 kBaud.
− Dải tần hoạt động: 2400 – 2483.5 MHz.
3.1.3 Giới thiệu về Module TI eZ430-RF2500:
eZ430-RF2500 là một module giao tiếp USB và truyền nhận dữ liệu không dây do hãng
Texas Instrument sản xuất. eZ430-RF2500 được phát triển dựa trên MSP430F2274 kết
hợp với chip CC2500 truyền nhận tín hiệu ở vùng tần số 2.4 GHz, tích hợp sẵn cảm biến
nhiệt độ. Do đặc điểm dòng MSP430 có những ưu thế về năng lượng nên đáp ứng được
những nhu cầu trong thiết bị di động.
Bộ eZ430-RF2500T là một sản phẩm có thể làm việc với đầu cắm USB như một hệ
thống độc lập với cảm biến bên ngoài. Hoặc sử dụng thiết kế mở rộng với những module
ngoại vi. Với giao diện gỡ lỗi USB cho phép sản phẩm có thể truyền và nhận dữ liệu từ xa
từ máy tính cá nhân sử dụng truyền nhận nối tiếp UART.
10

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 3.3 Module eZ430-RF2500
3.1.4 Giới thiệu về MCU TI MSP430F2274:
MSP430F2274 là vi điều khiển 16bit tiết kiệm năng lượng thuộc dòng MSP430 của hãng